Trong công tác bảo tồn các loài động vật, Vườn quốc gia Cúc Phương là cơ sở duy nhất tại Việt Nam đã nghiên cứu nuôi thành công hai loài tê tê châu Á bằng nguồn thức ăn nhân tạo và cho sinh sản thành công trong điều kiện nuôi nhốt.
Vườn quốc gia Cúc Phương đang bảo tồn 150 cá thể của 15 loài và phân loài linh trưởng quý hiếm của Việt Nam, trong đó có 9 loài sinh sản và nuôi dưỡng thành công trong điều kiện nuôi nhốt, là kết quả hiếm có đối với các loài vượn và voọc.
Con tê tê
Thực hiện chương trình bảo tồn rùa, Vườn là nơi đầu tiên cho sinh sản thành công 11 loài rùa cạn và rùa nước ngọt Việt Nam và đang cứu hộ và chăm sóc 20 loài rùa của Việt Nam. Hàng năm vườn tổ chức thả tự nhiên cho hàng trăm cá thể được cứu hộ và sinh sản tại đây, góp phần bảo tồn các loài rùa có nguy cơ tuyệt chủng.
Vườn còn triển khai bảo tồn nguồn gen và thả lại tự nhiên để phục hồi loài hươu sao và nai có trong rừng tự nhiên Cúc Phương. Những loài động vật như nhím, gà lôi trắng, gà rừng... đang sinh trưởng và sinh sản rất tốt tại Cúc Phương.
Trong những năm qua, Vườn đã cung cấp nguồn giống những loài động vật này cho cộng đồng dân cư để phát triển kinh tế, mở ra hướng đi mới phù hợp với điều kiện tự nhiên của vùng.
Để sưu tập gây giống các loài cây quý hiếm phục vụ lưu giữ nguồn gen, Vườn quốc gia Cúc Phương đã xây dựng một vườn cây thực vật với diện tích 180ha, sưu tập trồng được 811 loài cây. Trong đó có 210 loài cây gỗ Cúc Phương, 85 loài cây gỗ ở các vùng khác của Việt Nam, 5 loài nhập nội, 25 loài cây thuộc họ ráy của Cúc Phương, 20 loài cây ăn quả, 15 loài tre trúc, 15 loài cau dừa, 296 loài cây thuốc và 140 loài lan. Hiện nhiều loài cây phát triển tốt, cung cấp giống cho các chương trình trồng rừng trong khu vực và trên cả nước.
Vườn quốc gia Cúc Phương hiện có gần 2.200 loài thực vật bậc cao thuộc 1.007 chi, 223 họ của 7 ngành. Trong đó có 118 loài quý hiếm, 433 loài cây làm thuốc, 229 loài cây ăn được... Đặc biệt, trong số các loài mới được phát hiện có 2 chi thực vật mới cho Việt Nam, 1 chi mới và 1 loài mới cho khoa học. Số lượng động vật không xương sống tại Cúc Phương có 1899 loài với 454 loài bộ cánh cứng, 378 loài bộ cánh vẩy, 314 loài bộ cánh màng...
Cúc Phương còn là nơi cư trú của 661 loài động vật có xương sống, gồm 136 loài lớp thú, 336 loài lớp chim, 76 loài lớp bò sát, 46 loài lớp lưỡng cư và lớp cá có 66 loài. Trong đó có 64 loài trong sách đỏ Việt Nam, 33 loài trong danh mục Sách đỏ của Liên minh Bảo tồn thiên nhiên quốc tế (IUCN). Đặc biệt có ba loài đặc hữu của Cúc Phương mới phát hiện cho khoa học là sóc bụng đỏ đuôi hoe, cá niết và thằn lằn tai Cúc Phương.