La Roche Madoux comporte une intéressante mosaïque d'habitats calcicoles dont des pelouses établies sur d'anciens déblais de carrière et sur la roche en place, des fourrés de recolonisation forestière et une jeune chênaie.
La pelouse est dominée par les graminées: Brachypodium pinnatum, Bromus erectus, Koeleria macrantha, Briza media, Avenula pubescens, Festuca lemanii, Poa pratensis, accompagnées de Carex flacca, Prunella laciniata, Linum catharticum, Globularia bisnagarica, Hippocrepis comosa, Scabiosa columbaria, Centaurea scabiosa, Teucrium chamaedrys, Orobanche teucrii, Cirsium acaule, Galium pumilum, Lotus corniculatus, Sanguisorba minor, Helianthemum nummularium subsp. obscurum, Thymus pulegioides, Ononis repens, Colchicum autumnale, etc. Deux orchidées, Gymnadenia conopsea et Platanthera chlorantha, ponctuent cette pelouse méso-xérophile.
Des fourrés de Prunus spinosa, Cornus sanguinea, Crataegus monogyna, Clematis vitalba et quelques pieds de Viburnum lantana et de Rhamnus cathartica (Berberidion) envahissent la pelouse laquelle, au sommet de la carrière, est entièrement retournée à la forêt.
A cet endroit, la jeune chênaie de Quercus petraea mêlée de quelques Pinus sylvestris comporte un taillis riche en épineux (Prunus spinosa, Crataegus monogyna, Rosa micrantha,...) accompagnés de Cornus sanguinea, Corylus avellana, Sambucus racemosa (sic), Viburnum lantana. Au sol, se maintiennent des fragments de pelouse à Brachypodium pinnatum, des espèces d'ourlet (Helleborus foetidus, Viola hirta, Vincetoxicum hirundinaria, Fragaria vesca,... et des espèces forestières apparaissent (Mercurialis perennis, Viola reichenbachiana,...).
Sur les rochers qui pointent au sommet de la pente, la pelouse devient plus xérique et le couvert végétal moins dense. Potentilla neumanniana, Fragaria viridis, Origanum vulgare, Inula conyzae, Digitalis lutea, Primula veris y abondent.
Comme d'autres sites calcaires de la vallée du Viroin, la Roche Madoux présente un très grand intérêt faunistique, en particulier entomologique. De nombreuses espèces thermophiles y sont observées, notamment parmi les Lépidoptères, les Orthoptères et les Hémiptères. Le site héberge également plusieurs espèces de reptiles dont le lézard des murailles (Podarcis muralis) aux endroits les plus découverts, et la coronelle dans les zones de lisières bien exposées.