На територията на ПП „Златни пясъци са установени общо 500 вида, което представя около 13% от флората на България. Видовете принадлежат към 271 рода от 79 семейства. Най-многобройни са семействата Asteraceae – 41 вида от 30 рода, Poaceae – 35 вида от 21 рода, Fabaceae – 29 вида от 17 рода и Rosaceae – 23 вида от 13 рода. Най-многоброен род е Viola (Теменуга) – с 8 вида. Род Trifolium и род Carex са представени с по 7 вида, род Quercus – с 6 вида.
Общо 19 вида растения в парка са с консервационна стойност, принадлежащи към различни категории. 9 вида са включени в Червената книга – 8 са с категория „рядък“ – безстъблена иглика (Primula vulgaris L. ssp. sibthorpii), битински синчец (Scilla bithynica), недоразвит лимодорум (Limodorum abortivum), др. и 1 с категория „застрашен“ – снежно кокиче (Galanthus nivalis). Общият брой на защитените видове е 17. От тях 7 са защитени по Прил.3 на Закона за Биологичното разнообразие (ЗБР) и 13 са защитени съгласно Прил.4. 1 вид е включен в Директива 92/43 – снежно кокиче (Galanthus nivalis) Обект на конвенцията CITES (Конвенция по международната търговия със застрашени видове) са 7 вида – всички представители на сем. Салепови (орхидеи) и сем. Кокичеви, срещащи се в парка.
Популациите от безгръбначни животни образуват типичните съобщества за тази част от крайбрежието, характерни за Североизточна България. В парка са установени 621 вида безгръбначни животни, които принадлежат към 3 типа, 6 класа, 22 разреда и 120 семейства. Установените таксони съставляват 2.2% от фауната на България. Уникалността на фауната се определя от 14 български и 12 балкански ендемита. Най-уязвими са съобществата от хидробионтни форми.
Установени са 6 вида безгръбначни животни, приети за световно значими – включените в списъците на IUCN – Osmoderma eremita, Cerambyx cerdo, Lycaena dispar, др. От европейско значимите таксони преобладават българските (14 вида) – Zebrina varnensis, Cicindela hybrida rumelica, Larinus bulgaricus, др. и балканските (12 вида) ендемити – Bulgarica varnensis, Metrioptera oblongicollis, Argoptochus markovensis, др.; 7 са видовете от Бернската конвенция – Hirudo medicinalis, Helix pomatia, Lucanus cervus, др.; 6 от Директивата за хабитатите – Lucanus cervus, Osmoderma eremita, Lycaena dispar, др.; и 8 са CORINE видовете – Helix pomatia, Calosoma sycophanta, Morimus funereus, др. Национално значимите таксони са представени от преглациалните реликти (4 вида) и защитените в България 4 вида – Hirudo medicinalis, Helix lucorum, Helix pomatia и Lucanus cervus. Общият брой на консервационно значимите таксони е 44 (6.8%), част от които принадлежат към няколко категории.
От пеперудите с консервационен статут са 3 вида – Lycaena dispar, Scolitantides orion и Melitaea trivia.
От гръбначните животни на територията на парка се срещат 11 вида земноводни (3 вида опашати и 8 вида безопашати), 19 вида влечуги (3 вида костенурки, 10 вида гущероподобни и 6 вида змии), 27 вида дребни бозайници (от които 7 вида насекомоядни и 20 вида гризачи) и 14 вида едри бозайници (от които 11 вида хищници и 3 вида чифтокопитни). В процентно отношение групите съставляват – за земноводните 60 % от фауната на България, за влечугите 53 %, за дребните наземни бозайници 64% и за едрите бозайници 61%.
Всички видове земноводни обитаващи парка са защитени, сирийската чесновница е и застрашен вид от Червената книга на България, жабата дървесница е потенциално застрашен вид в световен мащаб. От влечугите 10 вида са защитени, 2 вида са застрашени – смок мишкар и жълтокоремник, а сухоземните костенурки са включени в СITES. Трите вида костенурки (шипобедрена, шипоопашата и блатна костенурка) са включени в списъка на Международния съюз за защита на природата IUСN – шипобедрената костенурка е уязвим вид, а другите два вида са близко до застрашени.
От дребните бозайници 7 вида са защитени – таралеж (Erinaceus concolor), горски сънливец (Dryomys nitedula), лешников сънливец (Muscardinus avellanarius), др. Три от видовете (хомяците) са включени в ЧКБ в категория редки. 10 вида са включени в списъка на IUCN – обикновен сънливец (Myoxus glis), черногръд хомяк (Mesocricetus newtoni), белозъбо сляпо куче (Nannospalax leucodon), др.; 12 вида са защитени по Бернската конвенция – голяма кафявозъбка (Sorex araneus), малка белозъбка (Crocidura suaveolens), катерица (Sciurus vulgaris), др. Общо висок природозащитен статус имат лалугера (Spermophilus citellus), сънливците и хомяците. От едрите бозайници защитени са 4 вида – златка (Martes мartes), невестулка (Mustela nivalis), степен пор (Mustela eversmanni) и пъстър пор (Vormela peregusna), а в ЧКБ са 3 вида (златка, пъстър и степен пор). Двата вида порове са в категория застрашени на IUCN, а дивата котка е включена в СITES.
Всички установени видове прилепи са под закрилата на националното законодателство и на редица международни конвенции, ратифицирани от Република България. Всички видове от род Pipistrellus са обект на закрила и от CITES.
Гнездящите птици на територията на парка са 86 вида. От тях 72 вида са защитени. Местоположението на парка на Западночерноморският миграционен път на птиците е предпоставка по време на пролетна и есенна миграция да се наблюдават още 32 вида. Три вида от дневните грабливи птици са изчезнали от района. 45 вида от гнездящите и мигриращи през територията на парка птици са включени в Директива 79/409 на Съвета на ЕИО за опазване на дивите птици. 20 вида са в Червена книга на България, 106 вида са защитени и 30 вида са включени в Директива 79/409 ЕЕС. Някои консервационно значимите птици: козодой (Caprimulgus europaeus), бухал (Bubo bubo), синявица (Coracias garrulus), а от пойните птици – червеногърба сврачка (Lanius collurio), полската бъбрица (Anthus campestris), полубеловратата мухоловка (Ficedula semitorquata), голям маслинов присмехулник (Hippolais olivetorum), ястребогушо коприварче (Sylvia nisoria), черногърбо каменарче (Oenante pleschanka) и градинска овесарка (Emberiza hortulana).
