Der Regionale Naturpark der Ballons des Vosges beherbergt eine erstaunliche Vielfalt an natürlichen Lebensräumen. Allein die Waldgebiete machen zwei Drittel des Gebiets aus; es gibt jedoch noch zahlreiche andere natürliche Milieus. Hochweiden, Torfmoore, Kare, Felsen, Geröllhalden, Seen und Flüsse existieren in seltener Harmonie.

Das Gebiet des Parks wird von zahlreichen Flüssen und Bächen durchzogen. Diese Wasserläufe entspringen aus einem größtenteils granitenen Sockel, der ihnen ihre besonderen Eigenschaften verleiht: Saures und schwach mineralhaltiges Wasser.

Aufgrund ihres guten ökologischen Zustands beherbergen die nährstoffarmen Flüsse Sentinelarten wie Groppen, Bachforellen, Bachneunaugen oder die seltenen Dohlenkrebse. Fast 400 Torfmoore haben sich durch die starken Niederschlägen und zahlreichen Quellen in den gletschergeschliffenen Granitbecken oder auf den Hängen entwickelt. Sie kommen hauptsächlich in Höhenlage auf lothringischer Seite und dem Plateau der Tausend Seen vor. Es handelt sich hierbei um ursprüngliche Lebensräume, die überaus reichhaltig sind. Sie brauchen viel mineralstoffarmes Wasser und kühle Temperaturen. Diese Enklaven des borealen Klimas, das vor ungefähr 10.000 Jahren in den Vogesen herrschte, beherbergen heute in einem gemäßigteren Klima zahlreiche Pflanzen- oder Tierarten, die in arktischen Regionen vorkommen. Dazu gehören der Hochmoor-Perlmutterfalter und die Zwergseerose.  Diese Torfmoore sind nicht nur Lebensräume für eine unglaubliche Vielfalt von Pflanzen und Tieren, sondern auch natürliche Infrastrukturen, die eine wichtige Rolle im Wasserkreislauf spielen. Auf dem Gebiet des Parks befinden sich zahlreiche Seen. Abgesehen von einigen großen Seen wie Gérardmer, Longemer und Retournemer und Moorteichen wie Sewen, die Gletscherursprung haben, wurden diese Gewässer vom Menschen vor mehr oder weniger langer Zeit angelegt, z. B. für den Holztransport oder die industrielle Entwicklung (Bergbau und Textilindustrie). Heute dienen die künstlichen Seen als Trinkwasserreservoirs oder werden für Freizeitaktivitäten oder zur Energieerzeugung genutzt. Alle Gewässer sind Lebensräume für zahlreiche seltene Arten wie den Europäischen Schlammpeitzger oder den Edelkrebs oder Etappen für migrierende Spezies.

Das Plateau der Tausend Seen im Departement Haute-Saône ist der zweite große Naturschatz des Parks. Die zahlreichen, vom Menschen in kleinen Gletschertöpfen angelegten Seen wurden lange Zeit für die Fischzucht genutzt. Mit ihrem kalten und sauren Wasser sind sie nicht sehr ertragreich, bieten sich aber für die traditionelle Karpfenzucht an. Die traditionelle Fischzucht wurde jedoch nach und nach von Freizeitaktivitäten verdrängt. Die sich selbst überlassenen Seen verwandeln sich auf natürliche Weise; sie verschlammen oder verwandeln sich in Moore, die eine große biologische Vielfalt aufweisen.