Rezervat obsega dve zelo različni okolji:
a) območje strmih sten z melišči ter
b) položno območje na planoti.
Obe okolji se razlikujeta zaradi podnebnih razmer in tal. Del rezervata, ki leži na planoti, je hladnejši, ker je izpostavljen mrzlemu in močnemu vetru, burji, ki piha iz smeri vzhod–severovzhod.
Območje strmih sten pa je toplejše zaradi vpliva morja in zavetne lege. Zaradi teh razlik se vegetacija v obeh okoljih razlikuje. Na toplejših stenah uspevajo sredozemske rastline, medtem ko se na planoti razteza umetno zasajeni gozd črnega bora balkanskega izvora (pripeljan z vzhoda), ki je sicer razširjen po vsej kraški planoti.
Prehod iz enega okolja v drugo je razviden ravno na robu sten, nad katerimi se vije Rilkejeva pešpot. S pešpoti je zato mogoče opaziti obe vrsti vegetacije ter prehajanje enega tipa v drugi.
Okolji se razlikujeta tudi zaradi tal. Na predelu sten najdemo skalovje različnega naklona, skalne stolpe in melišča. Skalna tla zadržujejo zelo malo vode in prsti, poleti pa so izpostavljena močni osončenosti. Tla na položni planoti pa imajo nekaj več prsti, ki zadržuje vlago. To je posledica zaščite krošenj črnega bora. Posledično se je v tem delu rezervata razrasla gozdna vegetacija, na stenah pa najdemo le nekaj pičlega rastlinstva med melišči, ki jih prekriva redka travnata plast.
Vegetacija na stenah
Na stenah uspeva sredozemska makija, v kateri je glavna vrsta črničevje (Quercus ilex), avtohtoni sredozemski zimzeleni hrast. Na tržaški obali poleg črničevja v makiji srečamo še črni gaber (Ostrya carpinifolia), listopadno termofilno vrsto ilirsko-balkanskega izvora. Tej vegetacijski kombinaciji pravimo tudi gozd črničevja in črnega gabra (Ostryo – quercetum ilicis), v njem sobivajo vrste sredozemskega in ilirsko-balkanskega izvora. Tak tip gozda uspeva tudi vzdolž vzhodne jadranske obale, od Grčije do Limskega kanala v Istri. Od Limskega kanala do Tržaškega zaliva ta vrsta rastja izgine, spet pa se pojavi na tržaški obali, natančneje od Grljana pri Miramarskem gradu do Devina, kar je tudi severna meja razširjenosti te vrste. Gozd črničevja in črnega gabra, ki raste med Grljanom in Devinom, je izoliran od glavnine tega gozdnega tipa, ki sicer uspeva vzdolž vzhodne jadranske obale, zato ga obravnavamo kot posebno in samostojno vegetacijsko enoto. Na tem področju se je vrsta ohranila zaradi ugodnih lokalnih podnebnih razmer, ki so posledica zavetja pred burjo, oddajanja toplote apnenčastih skal in blažilnega učinka morja.
Sredozemske vrste, ki jih tu srečamo poleg črničevja in črnega gabra, rastejo le do roba strmih sten in z izjemo osamelih dreves črničevja niso razširjene na kraški planoti, ker je tam podnebje premrzlo. Naj omenimo le nekatere vrste, ki uspevajo v gozdu črničevja in črnega gabra, in sicer tiste, ki so najznačilnejše in najopaznejše v rezervatu. Najpomembnejša vrsta je vsekakor črničevje (Quercus ilex), ki lahko zraste do obsega visokih dreves. V stenah srečamo tudi drugo drevo, in sicer širokolistno zeleniko (Phillyrea latifolia). Tu rasteta še grmovnici terebint (Pistacia terebinthus) in navadni derak ali bodčec (Paliurus spina-christi). Vzdolž Rilkejeve pešpoti lahko opazimo hrapavo tetivico (Smilax aspera), ovijalko, značilno za Sredozemlje. Od toplojlubnih ilirsko-balkanskih vrst, ki uspevajo tako na stenah kot na kraški planoti, naštejmo le nekatere, in sicer črni gaber (Ostrya carpinifolia), mali jesen (Fraxinus ornus), trokrpi javor (Acer monspessulanum) in rešeljiko (Prunus mahaleb).
Treba je omeniti, da raste na stenah v neposredni bližini morja nekaj primerkov črnega bora (Pinus nigra).
Poleg redkih in majhnih sestojev gozda črničevja in črnega gabra srečamo na stenah še rastlinje, ki uspeva v skalnih razpokah in na meliščih. Apnenčasta podlaga zadržuje malo vode in prsti in se zaradi močnega poletnega osončenja tudi zelo segreje. Rastline na skalovju in na meliščih so se zato prilagodile, da lahko preživijo v tako ekstremnih ekoloških razmerah: njihovi listi so prekriti z voskom ali pa so kosmati, kar jih ščiti pred visokimi temperaturami in pred močnim soncem. Zato, da lahko hranijo vodo, so nekatere rastline razvile sukulentne liste. Najznačilnejše rastline, ki uspevajo na skalovju in meliščih, so: žajbelj (Salvia officinalis), Petrosedum thartii in rumeni vrednik (Teucrium flavum). Značilna rastlina za skalovje je tudi piramidasta zvončica (Campanula pyramidalis). To je ilirsko-balkanska vrsta, ki je razširjena na vzhodni obali Jadranskega morja. Vzdolž Rilkejeve pešpoti je dobro opazna, saj njena stebla zrastejo tudi preko dveh metrov v višino. Cveti pozno poleti in zgodaj jeseni.
Ravno v tem skalnatem okolju raste endemična vrsta, značilna za Devinske stene, in sicer glavinec Centaurea kartschiana. O endemični vrsti govorimo, kadar ta naravno raste le na nekem določenem območju, za katerega je tudi značilna. Centaurea kartschiana namreč uspeva izključno na manjšem predelu sten na tržaški obali.
Na robu med prepadnimi stenami in kraško planoto, kjer rastlinstvo sredozemskega izvora prehaja v ilirsko-balkansko, je nekaj kompaktnih skal in položnih gruščnatih predelov, ki so nastali z drobljenjem apnenca. Te predele golega krasa zarašča grmičevje, v katerem prevladujejo ilirske vrste, ki so značilne za kraški gozd, kot so: črni gaber, mali jesen, ruj (Cotinus coggygria) in rešeljika; ter nekaj sredozemskih vrst, kot sta terebint in navadni derak. Nekateri gruščnati predeli, ki so na robu sten bolj izpostavljeni burji in soncu, so še goli, a ob njihovih robovih se pojavljajo rešeljika in posamezna drevesa črnega bora.
Centaurea kartschiana
Glavinca (Centaurea kartschiana) je prvič opisal Giovanni Antonio Scopoli leta 1772 v svoji knjigi Flora Carniolica, in sicer ravno na podlagi primerkov, najdenih v stenah med Sesljanom in Devinom.
Centaurea kartschiana uvrščamo v družino košarnic (Compositae ali Asteraceae). Že samo ime družine pove, da imajo njene vrste po več cvetov združenih v socvetje, ki mu pravimo košek. Posamezni cvetovi v košku so običajno cevasti ali jezičasti, odvisno od oblike venca. Centaurea kartschiana ima le cevaste cvetove.
Rastlina je visoka od 40 do 45 cm, steblo je spodaj olesenelo, pokončno in razvejano. Centaurea kartschiana cveti od junija do avgusta, cvetovi so rožnato vijolične barve. Raste na skalah, ki jih škropijo morski valovi, in v skalnih razpokah više nad morjem.
Borov gozd
V predelu kraške planote, ki leži v rezervatu in se nahaja med Rilkejevo pešpotjo ter državno cesto št. 14, uspeva borov gozd, ki je bil umetno zasajen v začetku 20. stoletja. V njem rastejo v glavnem avstrijski črni bori (Pinus nigra subsp.. nigra var. austriaca), vendar zasledimo tudi posamezne primerke alepskega bora (Pinus halepensis).
Borov gozd je danes v zreli fazi in nekatera drevesa so že propadla. Ob odmrlih borih se na njihovih mestih razvijajo domače drevesne vrste, predvsem črničevje (Quercus ilex) in mali jesen (Fraxinus ornus), ki sta se razvila v podrasti borovega gozda prav zaradi zaščite krošenj. Na stenah smo, za razliko od drugih kraških območij, priča naravnemu izmenjavanju vrst, ki jih je vnesel človek, in lokalnih samoniklih vrst.