พื้นที่ในบริเวณรอบหมู่เกาะ ในเขตอุทยานแห่งชาติ หมู่เกาะอ่างทอง มีลักษณะเป็นแนวปะการัง ริมฝั่งและเป็นกลุ่มปะการัง บนโขดหิน แนวปะการังริมฝั่ง มีความกว้างประมาณ 30-100 เมตร สิ้นสุดที่ระดับ ความลึกประมาณ 2-5 เมตร ส่วนกลุ่มปะการัง บนโขดหิน มีความกว้างประมาณ 10-30 เมตร สิ้นสุดที่ความลึกประมาณ 3-8 เมตร สิ่งมีชีวิตในทะเล ที่พบจะเป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิต ที่สามรถดำรงชีวิต ในเขตน้ำขุ่นได้ ทั้งนี้เนื่องมาจาก ลักษณะทางสัณฐาน ของหมู่เกาะอ่างทอง เป็นหมู่เกาะหินปูน ชายฝั่งมีความลาดชันสูง ทำให้ตะกอนในน้ำมีมาก ทั้งจากอิทธิพลจาก ปากแม่น้ำ และพื้นที่ใกล้เคียง ซึ่งเป็นผล มาจากธรรมชาติ และผลกระทบ จากกิจกรรมของมนุษย์
ทรัพยากรทางทะเล ที่สำคัญของหมู่เกาะอ่างทอง ได้แก่ ทรัพยากรปะการัง เนื่องจากเกาะต่างๆ ของหมู่เกาะอ่างทอง ส่วนใหญ่มีแนวปะการัง โดยรอบ และด้วยลักษณะ สัณฐานของ หมู่เกาะอ่างทอง เป็นหมู่เกาะหินปูน ชายฝั่งหักชัน ตะกอนในน้ำ มีปริมาณมาก เกิดการตกทับถม ของตะกอนซึ่งเป็นปัจจัยสิ่งแวดล้อม สำคัญที่ปะการัง ต้องปรับตัวเพื่อการอยู่รอด
ผลของตะกอน ทำให้ปะการังที่พบ มีความหลากหลาย ของชนิดน้อยลง แต่ก็ยังมีปะการัง อีกหลายชนิดที่ สามารถทนทานตะกอนได้ หากพิจารณา เฉพาะพื้นที่อ่าวไทย แนวปะการังหมู่เกาะอ่างทอง ป็นแนวปะการัง รอบหมู่เกาะหินปูน ในเขตน้ำขุ่นที่ได้รับ ผลกระทบจากตะกอ มากที่สุดแห่งหนึ่ง กล่าวได้ว่าแนวปะการังรอบ หมู่เกาะหินปูนในลักษณะ เช่นนี้มีเพียง ในบริเวณนี้ และแนวปะการังร อบหมู่เกาะใน จังหวัดชุมพร ซึ่งเป็นความโดดเด่น และเป็นตัวแทนของแนวปะการัง ในรูปแบบนี้ของอ่าวไทย นอกจากนี้ยังพบสัตว์อื่นๆ อาศัยอยู่ในแนวปะการัง ได้แก่ กลุ่มปลา ซึ่งพบปลา อย่างน้อยจำนวน 16 อันดับ 59 วงศ์ 101 สกุล 161 ชนิด โดยวงศ์ของปลา ที่พบจำนวนสมาชิก มากที่สุด ได้แก่ ปลาสลิดทะเล (Pomacentridae) ส่วนมากเป็นปลาที่อาศัย ในแนวปะการังมีถึง 26 ชนิด วงศ์ที่มีจำนวนสมาชิกรองลงมา ได้แก่ วงศ์ปลาอมไข่ พบ 3 สกุล 11ชนิด และวงศ์ที่พบมีชนิดเป็นอันดับ 3 ได้แก่ วงศ์ปลากะรัง (Serranidae) และวงศ์ปลานกขุนทอง (Labridae) ซึ่งพบสมาชิกวงศ์ละ10 ชนิด กลุ่มปู จากการศึกษาบริเวณหาดหิน หาดทราย และแนวปะการัง พบปูทั้งหมด 13 วงศ์ 31 สกุล 53 ชนิด อยู่ในกลุ่ม Anomura 6 ชนิด และอยู่ในกลุ่ม Brachyura 47 ชนิด สาหร่ายทะเล จากการสำรวจในเบื้องต้น พบสาหร่ายทะเลทั้งสิ้น 45 ชนิด เป็นสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (Phylum Cyanophyta:blue green) 2 ชนิด สาหร่ายสีเขียว (Phylum Chlorophyta: green algae) 12 ชนิด สาหร่ายสีน้ำตาลแดง (Phylum Phaeophyta: brown algae) 10 ชนิด สาหร่ายสีแดง(Phylum Rhodophyta: red algae) 21 ชนิด กลุ่มหอยทะเล จากการศึกษาพบสัตว์ กลุ่มหอยรวมอย่างน้อย 190 ชนิด ประกอบด้วยหอยฝาเดียว และทากทะเล 42 วงศ์ อย่างน้อย 76 ชนิด และหอยสองฝา 27 วงศ์ อย่างน้อย 113 ชนิด ฟองน้ำทะเล (Phylum Porifera, Class Demospongiae) จากการศึกษาพบฟองน้ำทะเลทั้งหมด 36 ชนิดจาก 21 วงศ์ 8 อันดับบริเวณที่พบฟองน้ำ มากที่สุดได้แก่ บริเวณเกาะสามเส้า พบ 16 ชนิด รองลงมาคือ เกาะวัวตาหลับพบ 15 ชนิด และเกาะว่าว 14 ชนิดได้แก่ ฟองน้ำครก (,Xestospongia testudinarkia) และฟองน้ำสีน้ำเงิน (Neopetrosia sp.) เป็นต้น เอคไคโนเดิร์ม (Phylum Echinodermata) จากการศึกษาพบ เอคไคโนเดิร์มทั้งหมด 29 ชนิดจาก 14 วงศ์ 12 อันดับ บริเวณที่พบเอคไคโนเดิร์มมากที่สุดได้แก่ บริเวณเกาะว่าว พบ 11 ชนิด รองลงมาคือ เกาะแม่เกาะพบ 10 ชนิด และเกาะสามเส้า 8 ชนิด เอคไคโนเดิร์มที่พบเป็นชนิดเด่นได้แก่ เม่นดำหนามยาว (Diadema setosum) ปลิงสร้อยไข่มุก (Synatula spp.) และดาวเปราะเขียว (Ophiactis savignyi) เป็นต้น
สำหรับทรัพยากร ทางทะเลอื่นๆ ของหมู่เกาะอ่างทอง คือ ป่าชายเลน ซึ่งมีพื้นที่ไม่มากนัก ในบริเวณรอบทะเล ในของเกาะแม่เกาะ และในบางอ่าวด้านทิศตะวันออก ของเกาะพะลวย ซึ่งส่วนใหญ ่เป็นป่าชายเลนเกิดใหม่ พันธุ์ไม้ส่วนใหญ่ เป็นโกงกางใบเล็ก (Rhizophora apiculata) นอกจากนี้ในพื้นที่อุทยาน แห่งชาติหมู่เกาะอ่างทอ งยังพบหญ้าทะเลใน บริเวณเกาะวัวตาหลับ 2 ชนิด คือ Halophila minor และ Enhalus acoroides ขึ้นกระจายเป็นกลุ่มๆ มีพื้นที่แหล่งหญ้าทะเลน้อยมาก