植物区系为一地区所有植物种类的总和。徂徕山属泛北极植物区的中国—日本森林植物亚区—华北地区的辽东、山东丘陵亚地区。徂徕山地处山东中部，海拔较高，地形复杂，气候多样，区系具有植物种类丰富、优势现象明显、特有物种较多、分布类型多样、地理成分复杂、古老性和多样性的特点。
一、种类丰富
徂徕山有维管束植物144科、531属、948种（含54变种、1亚种、6变型），其中自然分布的维管束植物有121科、369属、639种，分别占山东野生维管束植物科（147科）、属（636属）、种（1600种）的82.31%、58.01％、39.94％；徂徕山野生种子植物有107科、351属、603种，占山东省种子植物区系科（123科）、属（597属）、种（1500种）的86.99％、58.79％和40.2％，占中国种子植物区系科（301科）、属（2981属）的35.55％、11.77％。徂徕山占地面积173平方千米，占全省总面积（陆地总面积15.71万平方千米）的0.11％，但所包含的维管植物科、属、种数，无论是总数还是种子植物，都占全省较高的比例，植物丰富度远高于山东省和全国平均水平，充分表明植物种类丰富，其中被子植物种数占徂徕山维管植物总种数的92.72％，说明被子植物构成区系的主体，在区系中起主导作用。
二、优势现象明显
从科分析，徂徕山种子植物科含种数20种以上的科有菊科（78种）、禾本科（70种）、蔷薇科（63种）、豆科（54种）、莎草科（41种）、百合科（38种）、唇形科（28种）、蓼科（21种）、十字花科（20种）9个，种数10～18种的科有13个。种子植物科含种数10种以上的有22科、300属、590种，分别占徂徕山种子植物科（130科）、属（513属）、种（912种）总数的16.92%、58.48%、64.69%，表明这些科构成了徂徕山区系种子植物主体。从属分析，种子植物主要属含种数在10种以上的属有蓼属（14种）、蒿属（13种）、薹草属（12种）、葱属（12种）、堇菜属（10种）、莎草属（10种）6个，属含种数6～9种的属有13个。种子植物主要属含种数6种以上的有19属、166种，分别占徂徕山种子植物总属数、种数的3.7%、18.2%。因此，徂徕山植物区系中优势科、属构成了区系植物的主体，优势现象明显。
三、特有物种较多
徂徕山有泰山前胡、泰山韭、矮齿韭、长冬草等多种山东特有植物，还有油松、白皮松、银杏、华北落叶松、紫椴、水杉、杜仲、虎掌等多种中国特有植物，长萼堇菜、腺毛委陵菜、节节菜、轮叶节节菜、无梗五加、毛山芹、茶菱、假鼠妇草、锥囊薹草等9种植物，虽不为山东特有植物，但在山东省仅产于徂徕山，说明徂徕山立地条件及气候条件的特殊性。
四、分布类型多样，地理成分复杂
按照吴征镒等对中国种子植物区系地理成分的划分，徂徕山野生种子植物351属，15个分布区类型均有分布。北温带成分91属，占种子植物总属数的30.2％，高于中国区系中本分布类型所占比例10.3％，居所有类型首位。典型的北温带分布属，如榆属、胡桃属、鹅耳枥属、堇菜属，在该区均有分布。各类温带性质属（类型8～11、14）186属，占本区系总属数的61.8％，处于绝对优势，表明徂徕山植物区系具有典型温带植物区系的特点。同时，在各种地理成分中，泛热带成分68属，占本区系总属数的22.6％，仅次于北温带分布。泛热带分布属以热带分布为主，个别渗透到亚热带、温带，如朴属、狗尾草属为典型代表。各类热带性质属（类型2～7）106属，占本区系总属数的35.3％，说明徂徕山植物具有一定的热带亲缘。
徂徕山种子植物主要科含种数20种以上的有9个科，均为世界广布科，其中禾本科和菊科是山东省最大的2个科，常为各种草地植被（草本层）的建群种或优势种。豆科是在温带和热带都具有广泛代表性的世界分布科，是人工草场和牧、草地的重要组成科。蔷薇科是被子植物进化中由初级到中级的过渡类型，分布于世界各地，但以北半球温带和亚热带最多，常被视为北半球温带的典型科。百合科和莎草科分布区广泛，但温带地区和寒温带地区的种类较多。唇形科等科分布范围相当广泛，从泛热带至温带都有分布，但地中海—中亚地区是它们分布和多样化的中心。徂徕山植物区系，从科的总体概念上是一个温带性质的区系，温带成分占绝对优势，同时兼有北温带区系和亚热带区系成分的过渡科。
五、区系具有古老性和多样性
徂徕山区系中，起源古老的属相当丰富。在中生代就已出现的胡桃属、槭树属、枣属、荚蒾属、杨属、柳属、栎属等以及于新生代第三纪大量兴起并广泛分布的枫杨属、桤木属、朴属、榆属、椴树属、栾树属、盐肤木属、卫矛属等在该区均有分布。被子植物中有不少古老原始的类群，公认的原始被子植物——古老的多心皮类植物，本区有木兰科、毛茛科等少数科，但许多白垩纪和早第三纪就已形成的古老科在本区也有大量分布，如壳斗科、杨柳科、桦木科、芸香科、榆科、胡桃科、椴树科、豆科、五加科、无患子科等，其中包括曾一度被认为是原始被子植物的葇荑花序类。
原始植物的保存和繁衍，展示了徂徕山植物区系的古老性。徂徕山植物区系的古老性，还表现在含有大量的世界性单种属和寡种属，这些属多表现为分类上的孤立性和进化上的原始性。徂徕山区系有单种属18个（山东26个），寡种属27个（山东50个），共45个，占本区系被子植物总属（497个）的9.05％，占山东单种属和寡种属（76个）的59.21％，如扯根菜属、黄栌属、麦蓝菜属（王不留行属）、夏至草属、透骨草属等。根据现代区系观点，单种属和寡种属代表植物新属的建立，种属尚未分化，从这个意义上，单种属和寡种属的存在，反映了该区系在进化上具有多样性。