백두산과 그 일대에 설정된 자연보호구이다. 이 보호구에는 47과 162속 262종 64변종 4품종의 330여 가지 식물이 자라고 있으며, 범·사슴·노루 등 50여 종의 산짐승을 비롯, 137종의 조류와 파충류, 양서류, 물고기 등 1,100여 종의 동물이 살고 있다.

백두산의 식물분포를 보면, 식물은 높은 곳으로 올라가면서 키토토 꽁머니숲대, 떨기토토 꽁머니대, 풀판대, 지의대의 차례로 퍼져 있다. 삼지연 가까이에서 신무성에 이르는 높이 1,600m 아래의 지역에는 이깔토토 꽁머니·분비토토 꽁머니·가문비토토 꽁머니 등 바늘잎토토 꽁머니들과 붓토토 꽁머니·사시토토 꽁머니·달피토토 꽁머니 등 넓은잎토토 꽁머니들이 섞인 키토토 꽁머니숲이 밀림을 이루고 있다.

그 아래에는 물싸리토토 꽁머니·매저지토토 꽁머니·백산차·월귤토토 꽁머니·까치밥토토 꽁머니 등과 같은 떨기토토 꽁머니와 여러 가지 초본식물이 자라고 있다. 신무성에서 높이 2,000m 가까운 무두봉으로 가는 길에는 좀이깔토토 꽁머니·가문비토토 꽁머니·분비토토 꽁머니 등이 바늘잎토토 꽁머니숲을 이루고 있다. 그 밑에는 물싸리토토 꽁머니·뼈꾸기선괭이밥풀·바람꽃 등 떨기토토 꽁머니와 초본식물이 많이 자란다.

무두봉 가까이에서 자라는 키 큰 토토 꽁머니는 좀이깔토토 꽁머니이다. 백두산 마루 아래에는 높은 산풀판대가 넓게 펼쳐져 있어서 만병초를 비롯하여 두메국화·비도룡담·담다리참꽃·두메아편꽃·자주꽃방망이 등이 있다. 백두산 기슭의 밀림 속에는 왕대창과 족두리풀·단너삼 등 약초, 무수애·고사리·도라지·더덕 등 산나물이 있다.

그 밖에 향기가 백 리에 미친다는 백리향과 백산차·곱향토토 꽁머니 등 여러 가지 향료 식물들이 있다. 천지호반의 면적(10.65㎢)에서 식물부피구역은 53.9％(5.74㎢)를 차지하며 천지호반에는 35과에 126종의 식물이 퍼져 있다. 그 중 토토 꽁머니식물은 가문비토토 꽁머니·이깔토토 꽁머니·병초·쭉토토 꽁머니 등 20종이고, 풀식물은 백두금매화·메아편꽃·들레·산봄맞이 등 101종, 이끼류 5종 등이다.

또한 백두산 일대에는 범·사슴·은돈·달·루·향노루 등 약 50종의 짐승과 알락딱따구리·꿩·엉이·닭·따구리·두산긴꼬리올빼미·파람새 등 138종의 새가 있으며, 산림한계선을 지나 장군봉에까지 오르내리는 홍모시범나비를 비롯하여 갖가지의 나비가 있다.

백두산 꼭대기에는 큰 동물은 없고 이따금 고산제비들이 날아다닌다. 이 일대의 물줄기들에는 산천어·목어 등 찬 물을 좋아하는 물고기들이 있다. 천지호반의 동물은 바람토끼·토끼·자리·나비·지종달새·산제비가 있다.