Com a criação da RNES foi simultaneamente criada, dentro dos seus limites, a Reserva Botânica das Dunas de Tróia atendendo ao estado de conservação da vegetação natural das formações dunares. Nela encontram-se espécies endémicas de Portugal, como exemplos citem-se a Cocleária menor (Ionopsidium acaule), espécie prioritária para a conservação ao abrigo da directiva 92/43/CEE, as aromáticas tomilho carnudo (Thymus carnosus) e Thymus capitellatus e as emblemáticas Santolina impressa e Linaria ficalhoana todas elas também protegidas pela Directiva 92/43/CEE.
Em termos de vegetação na RNES encontram-se na costa Oeste da Península de Tróia as formações típicas de Praias e Dunas, com espécies, entre outras, como o feno das areias (Elymus farctus), os cordeiros do mar (Othanthus maritimus), a granza das praias (Crucianella maritima), o tomilho carnudo, a camarinheira (Corema album), o goivo da praia (Malcolmia littorea), a Euphorbia paralias.
A transição dunas-matos faz-se sentir da zona costeira para o interior e encontram-se espécies como o Thymus capitellatus, a joina dos matos (Ononis natrix subsp.ramossisima), o Halimium commutatum, a sargaça (Halumium halimifolium) o sanganho mouro (Cistus salvifolius) e o cravo das areias (Armeria pungens).
Nos matos propriamente ditos, já em solos com maior grau de fixação, encontram-se espécies como a queiró (Calluna vulgaris), a sabina da praia (Juniperus turbinata), o lentisco (Phillyrea angustifolia), a aroeira (Pistacia lentiscus) e a Osyris quadripartita. Nas zonas de sapal, nomeadamente na Comporta, Carrasqueira, Monte Novo de Palma, Herdade do Pinheiro etc. as plantas com maior expressão são a gramata branca (Atriplex portulacoides), a Salicornia ramosissima e o valverde dos sapais (Sueda maritima), entre outras.
O tipo de vegetação ripícola ocorre com bastante frequência na RNES, formando autênticas matas ribeirinhas com amieiros (Alnus glutinosa), freixos (Fraxinus angustifolia), ulmeiros (Ulmus minor), salgueiros (Salix alba), entre outras. Também os pântanos são um tipo de formação frequente na RNES e ocorrem em áreas onde a velocidade e escoamento de águas é lenta. As espécies predominantes neste tipo de vegetação são os caniçais de Phragmites australis, os tabuais de Thypha spp., e os juncais de Juncus spp. e Scirpus spp.
Os Pinhais são também outro tipo de formação vegetal existente na RNES em povoamentos puros de pinheiro manso (Pinus pinea) ou de pinheiro bravo (Pinus pinaster) consociados entre si ou com sobreiro.
Finalmente outro tipo de formação bem representada na RNES é o montado de sobro.