Ohne den menschlichen Einfluss würden Besucher im Teutoburger Wald heute wohl nur Buchenwälder zu sehen bekommen, denn die Buche ist auf den Höhenzügen mit den flachgründigen Böden eigentlich der vorherrschende Baum. Auch im übrigen Mitteleuropa ist die Rotbuche heimisch, wo sie sich gegenüber anderen Pflanzen weitgehend durchsetzen würde. Deutschland liegt im Zentrum des Verbreitungsgebietes der Buche. Die besondere Verantwortung Deutschlands für den Erhalt der Buchenwälder spiegelt sich nicht zuletzt in der Anerkennung der UNESCO als grenzüberschreitendes Weltnaturerbe „Buchenurwälder der Karpaten und Alte Buchenwälder Deutschlands“ wieder.

In naturnahen Buchenwäldern herrscht eine große Artenvielfalt. Da die Wälder im Sommer relativ dunkel sind, bilden die Frühjahrsblüher wie Bärlauch, Schlüsselblume, Lerchensporn oder Gelbes Windröschen und Busch-Windröschen im März und April bunte Blütenteppiche. Buchenwälder sind u.a. der Brut- und Lebensraum von Kolkraben, Uhu, Schwarzstorch und Schwarzspecht. Die Höhlen der Spechte werden nach erfolgreicher Brut von Nachmietern wie Rauhfußkauz, Hohltaube, Siebenschläfer und verschiedenen Fledermausarten genutzt. Dazu braucht es alte oder abgestorbene Bäume, die so auch für andere Lebewesen eine große Bedeutung haben. Es gibt zahlreiche seltene, Totholz bewohnende Käferarten, wie den Kleinkopf-Flachkäfer, der in Westfalen bereits als verschollen galt und am Großen Ehberg wiederentdeckt wurde.

Vor allem auf den Flächen, die von Sandeinwehungen der Senne gekennzeichnet sind, wurden in den letzten Jahren häufig Fichten und Lärchen angepflanzt, da mit diesen Baumarten in kürzerer Zeit mehr Holz als mit Laubbäumen produziert werden kann. Diese Monokulturen führen jedoch zu einem erhöhten Risiko von Windwurf, fördern die Ausbreitung schädlicher Insekten und führen zu einer starken Abnahme der Artenvielfalt. Im Rahmen des Naturschutzgroßprojektes sollen diese Wälder im Umfeld des Augustdorfer Dünenfeldes wieder zu Buchenwäldern entwickelt werden. Dazu müssen die standortfremden Gehölze entfernt und standortheimische Baumarten gefördert werden. Ein Teil der Buchenwälder soll gar nicht mehr forstlich genutzt werden, so dass sich die Natur dort nahezu unbeeinflusst entwickeln kann. Auf diesen so genannten Prozessschutzflächen (Naturwaldzellen) entsteht somit ein menschengemachter „Urwald“.