בכל שנה מתרחשות בילוסטון אלפי רעידות אדמה קטנות, ורובן המוחלט אינו מורגש על ידי האדם. נכון ל־2016 תועדו שש רעידות אדמה בדרגה הגבוהה מ־6, כולל רעידה בדרגה 7.5 בסולם מגניטודה לפי מומנט שפגעה ב־1959 באזור הנמצא בסמוך לגבול הצפון־מערבי של הפארק. רעידה זו גרמה למפולת סלעים ולהתמוטטות חלקית של הסכר שעל אגם הֶבּגֶן (Hebgen). במורד הזרם גרם סחף האדמה ליצירתו של אגם חדש, הידוע בשם אגם רעידת האדמה (Earthquake Lake). ברעידה זו נספו 28 בני אדם, ובאזור הקרוב למוקד הרעש נגרם נזק רב לרכוש. הרעידה גרמה להתפרצות של חלק מהגייזרים באזור הצפון־מערבי של הפארק, יצרה סדקים גדולים בקרקע שמהם נפלטו עמודי קיטור, והעכירה את המים של חלק מהמעיינות החמים שהם בדרך כלל צלולים. ב־30 ביוני 1975 התחוללה רעידת אדמה בדרגה 6.1 בתוך הפארק, אך הנזק לא היה גדול. במשך שלושה חודשים ב־1985 נמדדו 3,000 רעידות קטנות באזור הצפון־מערבי של הפארק במה שכונה "נחיל רעידות אדמה", שיוחס לשקיעה קלה של קלדרת ילוסטון. במשך כמה ימים החל ב־30 באפריל 2007 התרחשו בקלדרת ילוסטון שש־עשרה רעידות אדמה בעוצמה של עד 2.7 בסולם ריכטר. נחילי הרעידות הללו אינם נדירים, ובין 1983 ל־2006 נמדדו 70 דוגמתם. הפעילות הסייסמית נמשכת, כפי שניתן ללמוד מרעידת אדמה בדרגה 4.2 שהתרחשה ב־25 במרץ 2008.
בין ה־26 בדצמבר 2008 ל־6 בינואר 2009 התחוללו במקום מאות רעידות אדמה. מאחר שההתפרצויות הגדולות אירעו במחזורים של כ־600,000 שנה, מתייחסים למקום כאל "פצצה מתקתקת" העלולה להתפרץ בכל רגע. התפרצות כזו תאפשר לאמת את תאוריית אסון טובה.
ביולוגיה ואקולוגיה.
הפארק הלאומי ילוסטון שוכן במרכז המערכת האקולוגית ילוסטון רבתי ששטחה 80,937 קילומטרים רבועים. באזור נמצא גם הפארק הלאומי גרנד טיטון, יערות לאומיים הסמוכים לילוסטון ואזורי טבע בראשיתי נרחבים ביערות הללו. מערכת אקולוגית זו היא השריד הגדול והעתיק ביותר של אזור טבע בראשיתי בארצות הברית (מלבד אלסקה), והיא נחשבת למערכת הגדולה ביותר בחצי הכדור הצפוני הממוזג. כיום ניתן למצוא בפארק את כל מיני בעלי החיים שהיו בו כאשר החוקרים הלבנים הראשונים הגיעו אליו, בין השאר בזכות התוכנית להשבת הזאבים.
צמחייה.
הצמחייה הטבעית של הפארק מונה כ־1,700 מינים של עצים, חזזיות וצמחים וסקולאריים. ישנם 170 מינים נוספים הנחשבים למינים גרים. מבין שמונת מיני המחטניים שתועדו, יערות האורן המפותל ("Pinus contorta") מהווים 80% משטח היערות הכולל שבפארק. מחטניים אחרים גדלים בחורשות הפזורות ברחבי הפארק. נכון ל־2007, אורן לבן-קליפה מאוים על ידי הפטרייה "Cronartium ribicola"; אולם, האיום מוגבל בעיקר ליערות הצפוניים והמערביים. כשבעה אחוזים מעצי אורן לבן-הקליפה בילוסטון נפגעו מהפטרייה, בהשוואה להדבקה כמעט מוחלטת בצפון־מערב מונטנה. צפצפות וערבות הם המינים הנפוצים ביותר מבין העצים הנשירים. אוכלוסיית הצפצפות קטנה מאוד מאז תחילת המאה ה־20, אך המדענים באוניברסיטת אורגון מאמינים כי הגילוי מחדש של צפצפות קשור להחדרתם של הזאבים ששינו את הרגלי הרעייה של האייל הקנדי.
בפארק יש מינים רבים של צמחים בעלי פרחים, רובם פורחים בין מאי לספטמבר. ורבנת החול של ילוסטון ("Abronia ammophila") היא צמח נדיר בעל פרחים הגדל רק בילוסטון. צמח זה קרוב מבחינה סיסטמטית לצמחים הנמצאים בדרך כלל באזורים יותר חמים, והימצאותו בפארק ילוסטון קשה להסבר מדעי. במרחק בטוח מקו המים של חופי אגם ילוסטון החוליים גדלים 8,000 פרטים של הצמח.
החיידקים הגדלים במים החמים של ילוסטון יוצרים משטחים של מושבות בעלות צורה מורכבת, המכילות כל אחת טריליוני פרטים. החיידקים הללו נמנים עם צורות החיים הפרימיטיביות ביותר בכדור הארץ. זבובים ופרוקי-רגליים אחרים חיים על המשטחים הללו, גם באמצע החורף הקר. ההשערה הראשונית של המדענים הייתה כי המיקרואורגניזמים באזורים הללו מתקיימים אך ורק בזכות הגופרית. אולם, במחקרים משנת 2005 התגלה כי גם מימן מולקולרי הוא הבסיס לקיומם של חלק מהחיידקים ההיפרתרמופיליים.
אחד מהחיידקים הנמצאים במעיינות החמים של ילוסטון הוא "Thermus aquaticus". חיידק זה מייצר אנזים שניתן לסנתזו במעבדה, שבו נעשה שימוש בתהליך PCR המאפשר שכפול ("הגברה") של DNA ומשמש בזיהוי מחלות תורשתיות, כמו גם בזיהוי "טביעות אצבע" של ה־DNA. לקיחת החיידקים מסביבתם הטבעית לא משפיעה עליה בצורה כלשהי.
מיני הצמחים הגרים מאיימים לעיתים על המינים המקומיים בתחרות על חומרי מזון. הגם שמינים אלו נמצאים בדרך כלל באזורים שבהם האדם מבקר בתדירות הגבוהה ביותר, כגון ליד כבישים או אזורי תיירות פופולריים, הם התפשטו אף אל פנים השטחים הטבעיים. באופן כללי, רוב המינים הגרים מסולקים על ידי עקירת הצמחים מהקרקע או ריסוס, כאשר שתי השיטות עולות כסף וזמן רב.
בעלי חיים.
הפארק הלאומי ילוסטון נחשב לבית הגידול המוצלח ביותר ליונקים גדולים ב־48 המדינות היבשתיות של ארצות הברית. בפארק חיים כשישים מיני יונקים, כולל זאב מצוי, שונר ודוב גריזלי. בין היונקים הגדולים האחרים ניתן למצוא את הביזון (באפלו), דוב שחור אמריקני, אייל קנדי, אייל קורא, אייל פרדי שחור־זנב, יעל ההרים, אנטילוקפרה אמריקנית, כבש גדול־קרניים, קויוט ופומה צפון־אמריקאית.
אוכלוסיות הביזון הגדולות הן מקור דאגה עבור החוואים, החוששים כי הביזונים החיים בטבע יעבירו מחלות פרים לקרוביהם המבויתים. למעשה, כמחצית מהביזונים בילוסטון נחשפו לברוצלוזיס, שהיא מחלה חיידקית שהובאה לאמריקה הצפונית באמצעות פרים אירופיים ועשויה לגרום להם להפלה טבעית. המחלה כמעט ואינה משפיעה על ביזוני הפארק, ומעולם לא תועד מקרה שבו הועברה המחלה מהזן הלא מבוית לזן המבוית. אולם, השירות לפיקוח על בריאות בעלי החיים והצומח (APHIS) הצהיר כי הביזונים הם "מקור סביר" להתפשטות המחלה באוכלוסיית הפרים של ויומינג ודקוטה הצפונית. גם האייל הקנדי יכול להיות נשא של המחלה, וההשערה היא כי הוא זה שהעביר אותה לסוסים ולפרים. מספר הפרטים באוכלוסיית הביזונים בצפון אמריקה היה בעבר בין שלושים לשישים מיליון, כאשר בילוסטון שכן אחד מריכוזי האוכלוסייה הגדולים והיציבים ביותר. בשנת 1902 מנתה אוכלוסיית הביזונים של הפארק חמישים פרטים, אך בשנת 2003 היא כבר מנתה 4,000. העדר בילוסטון נחשב לאחד מבין ארבעת העדרים החופשיים והטהורים מבחינה גנטית המשוטטים בשטחים ציבוריים באמריקה הצפונית. שלושת העדרים האחרים נמצאים בהרי הנרי שביוטה, בפארק הלאומי וינד קייב שבדקוטה הדרומית ובאי האייל הקנדי שבאלברטה.
על מנת להתמודד עם האיום, רשויות הפארק פועלות פעמים רבות על מנת לכוון את עדרי הביזונים לתוך הפארק במקרה שהם נודדים אל מעבר לגבולותיו. במהלך החורף של 1996–1997 עדר הביזונים היה כה גדול, וכאשר 1,079 פרטים יצאו מגבולות הפארק הם ניצודו או נשלחו לשחיטה. פעילי זכויות בעלי חיים טענו כי שיטה זו היא אכזרית מדי, וכי חששם של החקלאים מפני העברת מחלות איננו מוצדק. האקולוגים הצביעו על כך שהביזונים בסך הכול נודדים לאזורי מרעה עונתיים שאינם חלק מהמערכת האקולוגית של ילוסטון רבתי והפכו לאזורי מרעה המתאימים לפרים, כאשר חלקם נמצאים ביערות לאומיים ומושכרים לחוואים פרטיים. APHIS הצהיר כי באמצעות שימוש בחיסונים ואמצעים נוספים ניתן יהיה לגרום להדברת הברוצלוזיס מעדרי הביזונים והאייל הקנדי הנמצאים ברחבי ילוסטון.
בשנת 1914 החליט קונגרס ארצות הברית, מתוך מטרה להגן על אוכלוסיות האייל הקנדי, להעניק תקציב שישמש למטרת "השמדת זאבים, נובחניות, ובעלי חיים אחרים המזיקים לחקלאות ולאיכרות" באדמות ציבור. ציידים מטעם הנהלת הפארק ביצעו את ההוראות האלו, ובשנת 1926 הרגו בסך הכל 136 זאבים, ובאופן זה נעלמה אוכלוסיית הזאבים של ילוסטון. מבצעי חיסול נוספים נערכו עד להתערבותו של שירות הפארקים הלאומיים ב־1935. זאבי הערבות שהגיעו לילוסטון לאחר חיסולה של אוכלוסיית הזאבים הפכו לטורפים הכלביים העיקריים בפארק. אולם, זאב הערבות לא מסוגל להתגבר על בעלי חיים גדולים, והתוצאה של המחסור בטורף על באוכלוסיות הללו הייתה גדילתן בצורה לא פרופורציונלית לכדי מגה-פאונה. לאחר העברתו של חוק המינים הנתונים בסכנת הכחדה בשנת 1973, הזאב הפך לאחת החיות הראשונות שהוספו לרשימה.