מלבד לחצי הפיתוח, חלק מהריאות הירוקות בחיפה סובלות מהתפשטות של מינים פולשים על חשבון החי והצומח הטבעי. מינים שונים של צמחים שניטעו לנוי בתוך שכונות העיר, נפוצו לשטחים הטבעיים הסמוכים והחלו דוחקים את הצומח המקומי. התופעה חמורה במיוחד בחלקם העליון של הנחלים לוטם ושיח, עד כדי החלפת חברת הצומח. נצפית התפשטות של מינים פולשים גם לכיוון פארק הכרמל, בסביבת האוניברסיטה. המינים הפולשים העיקריים הם: אילנתה בלוטית, חמציץ נטוי, דודונאה דביקה, כובע הנזיר, פרקינסוניה שיכנית, ושיטה מכחילה.
ראש הכרמל, בצפון-מערב העיר, הוא המקום שבו נפגש ההר עם הים; נחשב ייחודי בתצורה הפיזית הגורמת למשבי רוחות שאינם נצפים בחלקים אחרים בארץ. הכרמל ממשיך בשיפועו מתחת לפני המים ויוצר שונית ייחודית.
אקלים.
אקלים חיפה נוח ולח. הוא מושפע משני גורמים עיקריים: מיקומה על חוף הים התיכון, והר הכרמל שעליו היא בנויה. הקרבה לים מעצבת את האקלים המתון והיציב יחסית, שממנו נהנית חיפה, ותורמת ללחות הגבוהה – כשיחס הלחות הממוצעת באוויר הוא 60%. הכרמל שמתרומם בחיפה משמש חיץ בין מישור החוף ובין אזור מפרץ חיפה, ויוצר אזורי רוחות שונים. עם זאת, השפעה על האקלים של העיר נודעת גם לריכוז הפעילות התעשייתית במפרץ, ובמיוחד לפליטת הפחמן – שמלבד היותה הגורם הראשי לתחלואה באזור היא גם נמנית עם הגורמים העיקריים להתחממותו, גם ברמה הגלובלית. מחקר משנת 2007 הצביע על תופעה זו כגורם שעתיד להחריף את עליית מפלס פני הים ולהביא להצפות שיגיעו אל מעבר לבת גלים וכביש 4. הטמפרטורות והמשקעים בחיפה הם פקטור שמיוחס לגובה הטופוגרפי המשתנה: העיר חיפה מציגה מדרג גבהים שנע בין מפלס פני הים בבת גלים ועד 480 מטר ברמת אבא חושי שבדניה. אזור הכרמל הוא קריר יותר ובו גם יורדים משקעים רבים בחורף. החודש החם ביותר בחיפה הוא אוגוסט עם טמפרטורת מקסימום ממוצעת של 31.4 מ"צ, והחודש הקר ביותר הוא פברואר, עם טמפרטורת מינימום יומית ממוצעת של 8.7 מ"צ. טמפרטורת מי הים היא 22.4 מ"צ בממוצע שנתי, 28.8 מ"צ באוגוסט ו-16.2 מ"צ בפברואר. החודש הגשום ביותר הוא דצמבר, עם 135.5 מ"מ גשם בממוצע. שלג הוא נדיר, וכיסה את פסגות ההר בפברואר 1950 (50 ס"מ), בינואר ובפברואר 1992, בינואר 1998 וכן בינואר 2015.
היסטוריה.
ראשיתה של חיפה אינה ידועה בבירור. חלק מהחוקרים סבורים שיישוב בשם חיפה היה קיים כבר בתקופה הפרסית. מחקרים אחרים מאחרים את היווסדה למאה ה-2. חיפה נזכרת במקורות התלמודיים ובכתבי השליחים הנוצריים. בתקופה זו הייתה זו עיירה קטנה ששכנה בין שכונת בת גלים והמושבה הגרמנית של היום, אתר שמוכר בשנות האלפיים כ"חיפה אל-עתיקה".
בימי קדם.
ההתיישבות באזור חיפה החלה בתקופת הברונזה המאוחרת. בתל אבו הואם שבאזור מפרץ חיפה נמצאו שרידים של עיר ששימשה כעיר נמל החל מהמאה ה-15 לפנה"ס ועד התקופה ההלניסטית. מצדה השני של חיפה נמצא תל שקמונה שבו נמצאו שרידי עיר שהתקיימה, אם כי לא ברציפות, מהמאה ה-14 לפנה"ס עד המאה ה-7. שרידי עיר עתיקה מהתקופה הביזנטית והתקופה הערבית הקדומה נמצאו בחורבת קסטרא.
התייחסות לאירועים באזור בממצאים שבכתב אנו מוצאים החל ממאה ה-3 לפני הספירה. שני מקומות באזור חיפה, נקשרו על פי המסורת לאירועים שהתרחשו במאה ה-9 לפני הספירה עוד בתקופת ממלכת ישראל. המערה בה השתמש אליהו הנביא מיוחסת כיום לאתר מערת אליהו (נמצאת בסמוך לשכונת קריית אליעזר שבמערב העיר), והכינוס הציבורי הגדול בהר הכרמל במעמד של אליהו הנביא כנגד נביאי הבעל. מיוחס כיום לפי מסורות שונות לאתר המוחרקה.
מהעיר יצאו רבנים ידועים, הנזכרים במשנה ובתלמוד, וביניהם "יוסף החיפני", עוזרו של רבי יהודה הנשיא, והאמורא רבי אבדימי דמן חיפה (שציון קברו נמצא בדרך יפו בסמוך למפגשה עם דרך העצמאות). כמו כן, חיפה נזכרת כיישוב שיהודיו לא הורשו לעלות לתורה, בשל אי הקפדתם על הגייה נכונה בעברית: . במדרש איכה רבה נזכרת חיפה כעיר יהודית שסבלה מהאוכלוסייה הנכרית של העיר קסטרא הסמוכה.
ימי הביניים.
מסוף התקופה הביזנטית (המאה השביעית) ועד סוף המאה העשירית אין כל מידע על חיפה. רק בראשית המאה ה-11 החלה העיר להופיע בספרי תיירים המספרים שבחיפה יש בוני ספינות. בתקופה זו הח'ליף של בגדאד, אשר משל על האזור, מסר את העיר לרשות היהודים בעבור תשלום של מס שנתי. לקהילה היהודית בעיר באותה תקופה היה שם הן בארץ והן בחו"ל ור' אליהו בן שלמה הכהן, ראש ישיבת ארץ ישראל, מאחרוני גאוני ארץ ישראל, כינס בה בשנת 1084 ועידה חשובה.
על פי מגילת אביתר, הוא חידש באותה שנה את ה"גאונות ואת הסמיכה בחיפה בבית הוועד".
במשך השנים התבססה העיירה כעיר נמל קטנה לצד הנמל הגדול שפעל בעכו, ובמהלך ימי הביניים העיר בוצרה.
ביולי 1100 ערכו הצלבנים מתקפה צבאית על העיר (שהייתה באזור בו נמצאת שכונת בת גלים כיום). על פי ספרות המחקר, התגוררה בחיפה באותה תקופה קהילה יהודית גדולה.
מונאכוס, הנזיר מוונציה, כינה בשנת 1116 את חיפה בשם "עיר השטן" ואת הלוחמים המגינים עליה "שונאי האלוהים", רמז ברור ליהודים, ש"הגנו בחזקה, באש ובחרב, על עצמם ועל חייהם". אלברט מאאכן מתאר את המערכה: "כאשר הקריבו אבירי צרפת את המכונה העצומה לחומה...עלו התושבים - יהודים על פי מוצאם...על החומה ובחימה עזה נלחמו בנשקם נגד הנוצרים.
ההיסטוריון בן-ציון דינור הדגיש את דימויה: "העיר היא עיר יהודית ... אזרחיה - יהודים (סארצינים [מוסלמים] נמצאים רק בחיל-המצב!), הגנתה - הגנת יהודים, וניצחונה - חרפת הנוצרים. ואת העובדה הזאת מזכירים האחד לשני וחוזרים ומזכירים" מנהיגי הצלבנים ולוחמיהם. ההתקפה הצלבנית על העיר מוקפת החומה, שילבה כוחות מן היבשה ומן הים. כוחות הימיָה שנעו בכ-200 כלי שיט אל חיפה, הגיעו מהרפובליקה של ונציה. התושבים היהודים הצטרפו אל חיל המצב הפאטימי הקטן; "הם עמדו על נפשם איתנים", עד שהכוחות הצלבנים התייאשו ונסוגו. כאשר חזרה הסתערות הצלבנים, עמדו היהודים והמוסלמים "בפניהם בגבורה ללא הפוגה". לאחר הפוגה, חזרו הכובשים הצלבנים והפעילו כוחות מסתערים איתנים.
אלברט מאאכן מספר כי טאנקארד עודד את אביריו "להילחם ביהודים, המגינים באומץ-לב כזה על העיר... ואולם האזרחים היהודים ביחד עם גדודי הסארצינים התנגדו להם בכל תוקף, ומעל החומה יצקו עליהם למטה שמן וזפת רותחת ואש ושיחים השליכו עליהם ועל המכונה".
לאחר כ-27 ימי מצור, נפל "מבצר חיפה" כשמו העברי, או "Castellum Caiphas" כשמה הלטיני, בידי הכובשים הצלבנים.
חלק מהתושבים נמלטו אל קיסריה ועכו, שאר התושבים, שלא הספיקו להימלט, נרצחו בידי הצלבנים. ההיסטוריון בנימין זאב קדר מציין כי "הייתה זו הפעם האחרונה, לפני הופעתם של הגדודים העבריים במלחמת העולם הראשונה, שכוח יהודי נטל חלק במערכה צבאית על אדמתה של ארץ-ישראל".
מדברי אלברט מאאכן משתמע שחיפה הייתה עיר יהודית ואילו גדודי הסארצינים באו אל העיר כדי לעזור בהגנתה. על פי הידוע, עסקו היהודים בחיפה בבניית אניות.
לאחר הכיבוש הפכה חיפה ליישוב שעיקר אוכלוסייתו היא נוצרית ומוסלמית. חומות העיר שנהרסו שוקמו על ידי הצלבנים, אולם המספנות לא שוקמו. בשנת 1187 בקירוב עברה חיפה לשלטונו של צלאח א-דין ותחת חסותו התיישבו בעיר יהודים רבים והקימו קהילה משגשגת. בשנת 1265 נכבשה העיר על ידי ביברס, חומותיה נהרסו והיא הפכה ליישוב דייגים קטן.
במאה ה-14 אנו מוצאים אזכור של העיר בתיאוריהם של רבי אשתורי הפרחי (משנת 1322) ושל רבי יצחק חילו (מ-1334). במקורות אלה מתואר שבחיפה חזרה להתקיים באותן שנים קהילת יהודית משמעותית. במאות ה-15 ה-16 וה-17 חיפה מוזכרת מעט מאוד ונראה שלא התקיים בה יישוב יהודי משמעותי.
העת החדשה.
חיפה המודרנית החלה להתגבש במתכונתה הנוכחית בימי השלטון העות'מאני - בשנת 1761 הרס דאהר אל עומר, שליט הגליל, את העיר המקורית, ובנה את חיפה מחדש במקום שבו מצויה כיום העיר התחתית. אל עומר הקיף את העיר חומה והציב עליה מגדלי-שמירה מעוגלים. בצלע ההר הקים מצודה וקרא לה בורג' א-סלאם, לאמור: מצודת השלום. תקופה זו סימנה את תחילת עלייתה של חיפה על פני שכנתה עכו בחשיבות האסטרטגית והכלכלית.
במהלך המאה ה-19 התרחבה העיר, בעיקר בסיוען של שתי קבוצות של מתיישבים נוצריים שביססו עצמן מחוץ לחומות. האחת היא קבוצת הטמפלרים מגרמניה, אלה התיישבו באזור מישורי למרגלות הכרמל, מדרום לחוף הים התיכון בסמוך לעיר העתיקה, וניסו לעסוק בעיקר בחקלאות. בהמשך הם הקימו על פסגת ההר שכונת נופש חדשה, לה קראו "כרמלהיים" ומספר בתים מתוכה שרדו ושומרו, זוהי שכונת כרמל מרכזי של היום. בתי המושבה הגרמנית שלרגלי ההר, לאורך שדרות בן-גוריון, שוחזרו גם הם, והם מהווים כיום מוקד תיירותי. הקבוצה השנייה היא המסדר הכרמליתי, שחבריו התיישבו באזור שכונת בת גלים ובהמשך באזור סטלה מאריס שבראש הכרמל, שבו ייסדו מנזר קתולי כבר באמצע המאה ה-18. בעת פלישת נפוליאון לארץ ישראל שימש המנזר כבית חולים לצבא נפוליאון. במהלך המאה ה-19 התנהלו בין שתי הקבוצות הדתיות מאבקי שליטה על הטריטוריה החדשה בהר. במרוצת המאה ה-18 וה-19 הותקף נמל חיפה בעקביות על ידי פיראטים, ובשל כך החליט המושל העות'מאני המקומי לבנות שני צריחים שישמרו על הנמל משני צידיו. המגדלים סימלו את העיר, ואף על פי שנהרסו בתקופה מאוחרת יותר, הם מונצחים בסמל העיר חיפה. בשנות ה-30 של המאה ה-19, תקופת איברהים פחה, הגיעו לאזור מהגרים מצרים.
הרצל תיאר את חיפה כ"עיר העתיד", חזון שביטויו העיקרי הושמע ברומן האוטופי "אלטנוילנד" שיצא בשנת 1902, ובו מתאר הרצל עיר נמל בינלאומית ופורחת, שבה .
חידוש היישוב היהודי.