הפארק ידוע בשל הטורבידיטים הייחודיים שבו. הטורבידיטים נחשפו בצורה בולטת עם עורקי קלציט לבנים. טורבידיטים הם סלעים או משקעים שנסחפו לאוקיינוס כחלקיקים בתרחיף בזרם המים, תוך גרימת אפקט של שיכוב של סלעי משקע על קרקעית האוקיינוס. לאורך זמן המשקעים והסלעים נדחסים והתהליך נמשך במחזוריות קבועה. הפארק גם ידוע במקבץ הברקציות המכונה מלאנז' שהמקומיים מכנים "סלעים מסריחים" בשל ריח הנפט החזק הנודף מהם. מלאנז' הם סלעים בודדים גדולים עד כדי כך שהם מסומנים במפות. גושי המלאנז' בפארק הלאומי אולימפיק יכולים להיות בגודל של בית.
אקולוגיה.
בפארק הלאומי אולימפיק נכללים כמה בתי גידול, מהאוקיינוס וחוף הים ועד פסגות ההרים הגבוהות. מגוון בתי גידול שונים אלו הוא המקור למגוון הרחב של צמחייה ובעלי חיים. הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית מגדירה ארבעה אזורים אקולוגיים הנכללים בפארק הלאומי אולימפיק: "שפלות החוף" (Coastal Lowlands), "רמות החוף" (Coastal Uplands), "אולימפיקס נמוך" (Low Olympics) ו"אולימפיקס גבוה" (High Olympics). על פי ההגדרות של הקרן העולמית לשימור חיות הבר (WWF) הפארק משתרע על האזורים האקולוגיים "היערות של הרי הקסקייד בצד הפונה לרוח" (Cascade Mountains leeward forests) ו"היערות של מרכז החוף הפסיפי" (Central Pacific Coastal Forests). הראשון מאופיין באקלים ממוזג לח המאפשר ליערות החוף לשגשג, בעוד שהשני מאופיין על ידי אזור הררי המכוסה במחטניים ירוקי-עד. יחד עם המקלט הימי הלאומי חוף אולימפיק (Olympic Coast National Marine Sanctuary) המשתרע בים מול חצי האי אולימפיק על שטח של 8,500 קילומטרים רבועים, נוצר שטח נרחב של מערכת אקולוגית ימית ויבשתית שבו יכולים מינים רבים של צמחים ובעלי חיים ליהנות מהגנה מוגברת.
אזור החוף הדרום-מערבי של חצי האי אולימפיק הוא גם הנקודה הצפונית ביותר של אזור חוף האוקיינוס השקט באמריקה הצפונית שלא כוסה בקרחונים בעידן הקרח. בהתחשב בכך שהמרחק בין החוף לפסגות ההרים בעידן הקרח האחרון היה כפול ממה שהוא היום הרי שאזור זה שימש מקלט לצמחים שיכלו אחר-כך להתפשט צפונה ברגע שהקרחונים התמוססו. כיוון שהפארק נמצא על חצי אי מבודד ונחצה על ידי רכס הרים, התפתחו בו מינים ייחודיים רבים של צמחים ובעלי חיים שלא ניתן למצוא אותם במקומות אחרים בעולם. באזור גדלים שמונה מינים אנדמיים של צמחים וחיים בו שישה עשר מינים אנדמיים של בעלי חיים.
צמחייה.
הפארק הוא משכן ליותר מ-1,450 מינים של צמחים וסקולריים, כמו גם כמה מאות של מינים אחרים, כולל טחבי עלים (צמחים שאינם וסקולריים), פטריות וחזזיות. בין בתי הגידול המרכזיים: יער חוף, יער השפלה, יער גשם ממוזג, יער הררי, אזור תת-אלפיני ואזור אלפיני.
האקלים של יער החוף מאופיין בטמפרטורות נוחות וגשם רב. צמחים בסמוך לאוקיינוס צריכים להיות עמידים למלח המגיע עם הרוחות מהים. המינים העיקריים שביער זה הם העצים: אשוחית סיטקה היכולה להגיע לגובה של 80 מטרים ולחיות עד 500 שנים, צוגה מערבית, ארז אדום מערבי ואלנוס מאדים; השיחים: "Gaultheria shallon" (באנגלית Salal), "Vaccinium ovatum" (באנגלית Evergreen huckleberry) ופטל אדום מערבי ("Rubus spectabilis"); והעשבים: "Lonicera involucrata" (באנגלית Bearberry honeysuckle), השרכים "Blechnum spicant" (באנגלית Hard-fern) ו-"Polystichum munitum" (באנגלית Western swordfern) וכרוב בואש מערבי ("Lysichiton americanum") המצחין.
יער השפלה גדל על קרקעות מאיכות טובה יותר מאשר יערות החוף ולכן העצים בו גדלים טוב יותר. בנוסף לצמחים הגדלים ביער החוף גדלים ביערות אלו העצים: אשוח דאגלס ואשוח ענק; השיחים: סמבוק אדום ("Sambucus racemosa") ו-"Berberis nervosa" (באנגלית Cascade barberry); ופרחי הבר: "Trillium ovatum" (באנגלית Pacific trillium) ו-"Linnaea borealis" (באנגלית Twinflower).
יער הגשם הממוזג הנדיר, כדוגמת יער הגשם הו (קרוי על שם שבט הו), מאופיין במספר רב של שרכים ואזובים אפיפיטיים הנתלים על ענפי העץ. כמויות הגשם חשובות במיוחד באזורים אלו והעצים מגיעים לממדים גדולים. העצים השולטים הם אשוחית סיטקה וצוגה מערבית, אבל יש גם עצים נשירים כדוגמת אדר גדול-עלים ("Acer macrophyllum"), "Acer circinatum" (באנגלית Vine maple), אלנוס מאדים וצפצפה בלסמית ("Populus balsamifera"). בין הצמחים האפיפיטיים השרך "Polypodium glycyrrhiza" (באנגלית Licorice fern) והאזוב "Isothecium stoloniferum" (באנגלית Cat-tail moss).
יער הררי משתרע בגבהים שבין 500 ל-1,200 מטרים. האקלים קריר יותר והקרקע עשירה פחות, ולכן הצמיחה של העצים איטית יותר אף על פי שהם עדיין מצליחים להגיע לגובה מכובד. העצים מיוצגים על ידי ברוש נוקטה ("Cupressus nootkatensis"), אשוח דאגלס, אשוח חינני, צוגה מערבית, וארז אדום מערבי. בין השיחים: רודודנדרון גדול-עלים ("Rhododendron macrophyllum"), ובין פרחי הבר: "Corallorhiza mertensiana" (באנגלית Pacific coralroot), "Clintonia uniflora" (באנגלית Bead lily) ו-"Aruncus dioicus" (באנגלית Goat's beard).
בין גובה של 1,200 ל-1,800 מטרים גדל יער תת-אלפיני. האזור מושפע מאוד מהקור ומהשלגים בעוד שבקיץ האקלים יבש יותר. ככל שעולים בגובה יש מרווחים גדולים יותר בין העצים והם נעשים קטנים יותר. העצים הגדולים באזור זה הם: ברוש נוקטה ("Cupressus nootkatensis"), אשוח דאגלס, אשוח תת-אלפיני, צוגה הררית, אשוח חינני, "Alnus viridis" (באנגלית Sitka Alder), ערער מצוי ("Juniperus communis") ו-"Rhododendron albiflorum" (באנגלית Cascade Azalea). פרחי הבר הגדלים באזור זה כוללים: "Erythronium montanum" (באנגלית Avalanche lily), "Xerophyllum tenax" (באנגלית Beargrass) ו-"Phyllodoce empetriformis" (באנגלית Red mountain heather).
לבסוף האזור האלפיני של אזורים סלעיים מרובים, מתחיל החל מקו העצים ועד לפסגות ההרים. השלג והקור בגבהים אלו מונעים צמיחה של עצים. רק מעט צמחים קטנים יכולים להתפתח במרוצת תקופת הקיץ הקצרה באזורים אלו שבהם הקרקע דלה. אלו כוללים: "Viola flettii" (באנגלית Olympic violet), "Allium crenulatum" (באנגלית Olympic onion) ו-"Phlox diffusa" (באנגלית Spreading phlox).
בעלי חיים.
הודות למספר הרב של הנהרות והאגמים הפארק עשיר במיני דגים, 37 בסך הכל. חמשת המינים של האלתית הפסיפית: אלתית דבשתית, אלתית גמלונית, אלתית אדומה, אלתית צ'אם ואלתית כסופה קיימים בנהרות הפארק. כמו גם טרוטת עין-הקשת וטרוטת השור ("Salvelinus confluentus"). כל המינים דלעיל הם דגים נודדים, הם חיים באוקיינוס, אבל חוזרים לנהרות בפארק שבהם נולדו על מנת להתרבות. דגים אלו הם מרכיב חשוב בתזונה של בעלי חיים כדוגמת דובים, לוטרות או דורסים. מין הדג האנדמי היחיד בפארק הוא "Novumbra hubbsi" (באנגלית Olympic mudminnow).
מזג האוויר הגשום בפארק מאפשר את קיומם של מינים רבים של דו-חיים. שלושה עשר מינים של דו-חיים שוכנים באזורים הנמוכים ובאזורים ההרריים. למרות המגמה העולמית של הידלדלות אוכלוסיית הדו-חיים עקב הרגישות הגבוהה של הדו-חיים לזיהום, בפארק אוכלוסייה הדו-חיים יציבה. המינים הקיימים הם: סלמנדרה צפון-מערבית, סלמנדרה ארוכת-בוהן ("Ambystoma macrodactylum"), "Dicamptodon copei" (מין של דיכמפטודון הקרוי באנגלית (Cope's giant salamander, טריטון גס-עור, "Ensatina eschscholtzii" (באנגלית Ensatina), "Plethodon vehiculum" (באנגלית Western redback salamander), "Plethodon vandykei" (באנגלית Van Dyke's salamander), קרפדה מערבית ("Bufo boreas"), "Ascaphus truei" (מין של אסקפיים הקרוי באנגלית Tailed frog), "Rana aurora" (באנגלית Northern red-legged frog), "Pseudacris regilla" (באנגלית Pacific Tree Frog) וצפרדע קסקייד ("Rana cascadae"). המין האנדמי היחיד הוא סלמנדרה אולימפית מצויה ("Rhyacotriton olympicus") השייכת למשפחת סלמנדרות אולימפיות.
מצד שני תנאי מזג האוויר הקר והגשום אינם נוחים לזוחלים, והנציגים היחידים לקבוצה זו בפארק הם הלטאה קמטן האליגטור ("Elgaria coerulea") והנחשים: "Charina bottae" (באנגלית Rubber boa) נחש בירית מצוי ו-"Thamnophis ordinoides" (באנגלית Northwestern garter snake). אין נחשים ארסיים בפארק.
קרוב ל-300 מינים של עופות המותאמים לאזורי החוף, ליערות ולאזורים הרריים זוהו בפארק. בין המינים שזוהו בפארק נץ גדול, גדרון מצוי, צלוב-מקור מצוי, שכווי מפויח ("Dendragapus fuliginosus"), קוליברי צפוני ("Selasphorus rufus"), עורבני אפור ("Perisoreus canadensis"), מלכילון זהוב-כתר ("Regulus satrapa"), קיכלי חלוד-זנב ("Catharus guttatus"), קיכלי אדום-חזה, פיפיון ממושקף ("Anthus rubescens"), פצחן ערב ("Coccothraustes vespertinus"), "Patagioenas fasciata" (מין יונה אמריקאית הקרוי באנגלית Band-tailed pigeon), סיס ואוקס, "Empidonax difficilis" (באנגלית Pacific-slope Flycatcher), "Poecile rufescens" (באנגלית Chestnut-backed chickadee) ו-"Junco hyemalis" (באנגלית Dark-eyed Junco). מיני העופות בסיכון כוללים את תת-המין "Strix occidentalis caurina" של לילית מנוקדת ומורלט משויש.