Le Tienne du Grand Sart abrite une diversité remarquable d'habitats ouverts et semi-ouverts, en particulier:
- des pelouses ouvertes du Thero-Airion, occupant de petites plages tout le long du chemin schisteux, avec Sedum rupestre, Lepidium campestre, Erophila verna, Myosotis discolor, ...
- de petites pelouses à Festuca heteropachys, avec aussi Rumex acetosella, Potentilla neumanniana, Festuca lemanii, Potentilla argentilla, Hieracium pilosella, ...
- des pelouses fermées avec Genistella sagittalis (abondant), Anthoxanthum odoratum, ...
- de petites pelouses calciphiles avec notamment Brachypodium pinnatum, Euphorbia cyparissias, ...
- des prairies mésophiles à couvert plus ou moins denses à Dactylis glomerata, Arrhenatherum elatius, Anthriscus sylvestris, Galium verum, Cruciata laevipes, Leucanthemum vulgare, Centaurea jacea s.l., Achillea millefolium, ...
- des prairies de fauche à Crepis biennis, Leucanthemum vulgare, Trisetum flavescens, Arrhenatherum elatius, etc.;
- une prairie humide oligotrophe à Dactylorhiza majalis et Scorzonera humilis, très riche au niveau floristique;
- des ourlets thermophiles renfermant notamment Origanum vulgare, Genista tinctoria, ...
- des ourlets ombragés
- des prairies maigres acidiphiles à Luzula campestris, Rumex acetosella, Rumex acetosa, Orchis morio, Anthoxanthum odoratum, ...
- des zones plus ou moins rudéralisées, surtout le long du chemin et aux abords des "caravanes", avec Silene latifolia subsp. alba, Artemisia vulgaris, ...
- des fourrés de Cytisus scoparius, Crataegus monogyna, Prunus spinosa, Rosa gr. canina, Rubus sp., ...
- des parties boisées incluant des éléments de chênaie-charmaie famenienne.
Quelques parcelles cultivées se répartissent le long du chemin. Il s'agit notamment d'un "vignoble" récemment installé. On trouve encore localement les traces d'anciens potagers, comme en témoigne la présence de Claytonia perfoliata, plante d'origine nord-américaine, jadis cultivée comme légume.
Les talus schisteux le long du chemin Wiesme-Finnevaux hébergent une flore bryophytique et lichénique très intéressante, à l'étude actuellement par J.-P. Duvivier. On note déjà plusieurs espèces de cladonies (Cladonia furcata, C. rangiformis, C. chlorophaea, C. strepsilis, C. subulata, C. foliacea, notamment) ainsi que Peltigera rufescens, Lecanora sp., Xanthoria polycarpa, ... Les mousses sont représentées par Scleropodium purum, Hypnum cupressiforme, Rhytidium rugosum, Grimmia apocarpa, Thuidium abietinum, Rhacomitrium canescens (ces deux dernières espèces indiquant un substrat plutôt calcareux).
La faune du Tienne du Grand Sart est très riche, en particulier l'avifaune des zones bocagères. Le site accueille notamment une densité élevée de pie-grièche écorcheur (Lanius collurio) et de bruant jaune (Emberiza citrinella), ainsi qu'une bonne représentation d'espèces peu communes comme le tarier pâtre (Saxicola torquata), le rossignol philomèle (Luscinia megarhynchos), la fauvette babillarde (Sylvia curruca), ...