Sur plus de 1000 ha, le Bois de Baileux regroupe un grand nombre d'habitats dont certains sont en contact avec des sites voisins (vallée de l'Eau Noire, en particulier). Leur description et leur caractérisation restent cependant à faire.
La partie nord (périmètre Natura 2000), principalement communale, est essentiellement occupée par des hêtraies acidophiles et des hêtraies-chênaies acidophiles à neutrophiles. Par endroits, la présence de certaines espèces indicatrices marque une transition entre caractère atlantique et continental du peuplement.
Le hêtre (Fagus sylvatica) est dominant dans la strate arborée, souvent en mélange avec le chêne sessile (Quercus petraea). Dans le sous-bois, on observe entre autres le houx (Ilex aquifolium), le sorbier des oiseleurs (Sorbus aucuparia), le bouleau verruqueux (Betula pendula), la myrtille commune (Vaccinium myrtillus), la fougère aigle (Pteridium aquilinum), l'anémone des bois (Anemone nemorosa), la canche flexueuse (Deschampsia flexuosa), le chèvrefeuille des bois (Lonicera periclymenum), la jonquille (Narcissus pseudonarcissus), la luzule blanche (Luzula luzuloides), différentes mousses tels que Leucobryum glaucum, Polytrichum formosum, ...
On soulignera plus particulièrement la présence à divers endroits de la jacinthe des bois (Hyacinthoides non-scripta), espèce typiquement atlantique et se trouvant ici à la limite sud-est de son aire wallonne historique, mais également du sceau de Salomon verticillé (Polygonatum verticillatum), plante ardennaise par excellence.
La portion méridionale du Bois de Baileux, au sud de l'Eau Noire, a été fortement enrésinée et la couverture forestière y est beaucoup plus hétérogène et interrompue de nombreuses coupes et plantations d'âges variés.
Entre l'Eau Noire et le vallon du Fagneri, s'étend une importante clairière forestière résultant de la mise en blanc de plus de 150 hectares de résineux (principalement épicéas). Cette mise à blanc, remontant au début des années 2000, n'a pas été replantée afin d'y ménager un milieu semi-ouvert naturel favorable à la biodiversité. La clairière a été vite colonisée par des groupements végétaux typiques des espaces ouverts forestiers ardennais: massifs de fougères aigles, landes à callunes, sarothamnaies, fourrés, jonchaies, suintements tourbeux dans les zones plus humides.