Ecologiquement, le site fait partie de l'Ardenne centro-orientale.
Le socle géologique est constitué de roches primaires datant du Cambrien et du Salmien inférieur. On trouve soit des schistes, soit des roches gréseuses, selon les endroits.
Le Bois de la Porallée est situé à l'emplacement d'anciennes landes. L'essence dominante est l'épicéa (Picea abies) qui a été largement planté en Ardenne à partir de la fin du 19è siècle. On trouve aussi des parcelles plantées de pin sylvestre (Pinus sylvestris) et de pin noir (Pinus nigra).
Le sous-bois des pessières est très pauvre et comprend surtout des bryophytes et des champignons. Les très jeunes plantations montrent une flore plus variée avec notamment la digitale pourpre (Digitalis purpurea), le gaillet de Harz (Galium saxatile), la germandrée scorodoine (Teucrium scorodonia), la fougère aigle (Pteridium aquilinum), la bourdaine (Frangula alnus), la callune (Calluna vulgaris), le genêt à balai (Cytisus scoparius), l'agrostis commun (Agrostis capillaris), etc. Ces espèces héliophiles disparaissent au bout d'une dizaine d'années avec la fermeture du milieu.
Dans les pinèdes, plus éclairées, la végétation herbacée et arbustive est nettement plus développée que dans les pessières. Des fragments de landes, notamment, peuvent s'y maintenir dans les trouées.
Plus localement, en particulier sur les versant de la vallée du Ninglinspo et de ses affluents, on rencontre également des chênaies sessiliflores à luzule blanche (Luzula luzuloides). Il s'agit de boisements de substitution de la forêt naturelle, en l'occurrence ici de la hêtraie acidophile à luzule (Luzulo-Fagetum). Ils résultent d'un traitement en taillis ou en taillis sous futaie.
Dans ces chênaies fragmentaires, l'espèce dominante de la strate arborescente est le chêne sessile (Quercus petraea). Le hêtre (Fagus sylvatica) n'est représenté que par petits bouquets ou arbres isolés. En sous-bois, la flore est très pauvre et est dominée par la myrtille (Vaccinium myrtillus) et la canche flexueuse (Deschampsia flexuosa). On trouve en outre quelques secteurs dominés par les bouleaux (Betula pendula surtout).
Sur le plan ornithologique, l'intérêt principal du massif de la Porallée se trouve dans la présence d'une des dernières populations wallonnes d'engoulevent (Caprimulgus europaeus), une espèce insectivore, migratrice et nocturne (on l'appelle aussi hirondelle de nuit, en raison de sa silhouette particulière). Bon an mal an, on en dénombre quelques couples cantonnés dans les zones ouvertes (coupes forestières essentiellement).