Höhlen können ohne Übertreibung als Hotspot der Biodiversität gelten. 750 Tierarten sind in Deutschland in ihrem Lebenszyklus ganz oder teilweise auf unterirdische Biotope angewiesen.
Diese Tiere übersommern (bestimmte Köcherfliegen- und Mückenarten), überwintern (bestimmte Fledermaus- und Schmetterlingsarten) in Höhlen, manche sind auch an der Oberfläche unter Steinen und Baumrinde zu finden. Die sogenannten echten Höhlentiere leben ausschließlich untertage und könnten bei veränderten Temperatur- und Lichtverhältnissen an der Erdoberfläche nicht auf Dauer überleben. Hierzu gehören beispielsweise die Höhlenflohkrebse und die Höhlenpilzmücke. Manche Arten kommen zudem nur in einem sehr begrenzten Raum oder nur in einer Höhle vor, wie beispielsweise der Segeberger Höhlenkäfer. Daher reagieren besonders gebietsgebundene Arten äußerst empfindlich auf Veränderungen ihrer Umgebung und sind somit stark vom Aussterben bedroht.
All dem trägt das Bundesnaturschutzgesetz durch die Einbeziehung der Höhlen als besonders geschützte Biotope Rechnung.
Im Projekt „Leben im Dunkel – Höhlentiere in den Alpen“ wurden in 7 alpinen Höhlen insgesamt 230 verschiedene Arten festgestellt. Darunter mehrere Erstnachweise für Deutschland. Das Projekt wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz im Rahmen des Ökoplans Alpen gefördert.
Für Zählungen von Fledermäusen während der gesetzlich vorgeschriebenen Winterverschlusszeiten oder die Entnahme bedrohter Tierarten sind artenschutzrechtliche Ausnahmegenehmigungen erforderlich.
Höhleninhalte stellen für Wissenschaft ein wertvolles Archiv dar, aus dem vielfältige und interessante Erkenntnisse gewonnen werden können. Stalagmiten gehören inzwischen zu den bedeutendsten Klimaarchiven auf dem Festland (ähnlich wie See- und Meeressedimente oder Eisbohrkerne). Solange Höhlensedimente und Karbonatbildungen ungestört bleiben, können hydrologische, klimatische und Umweltbedingungen detailliert rekonstruiert werden.
Als der Mensch die Höhlen als Wohn- und Sozialraum, als Nutz-, Sterbe- sowie Bestattungsort wahrgenommen hat, änderte er auch den Höhlenraum nach seinen Vorstellungen. Diese Veränderungen an und in den Höhlen haben sich mitunter bis heute erhalten. Davon zeugen auch die anthropogen eingebrachten bzw. veränderten Sedimente als Ablagerungen innerhalb der Höhle. Durch interdisziplinär durchgeführte archäologische Ausgrabungen können diese Einlagerungen die Nutzung einer Höhle, aber auch der hier gelebten Menschen rekonstruiert werden. Da die Höhlensedimente besonderen Lagerungsbedingungen unterliegen, können sich archäologisch relevante Funde auch bereits an der Oberfläche des Höhlenbodens befinden.
Beim Auffinden von derartigen Hinterlassenschaften müssen die zuständigen Denkmalämter kontaktiert werden.
Als Fundstätte fossiler Knochen, vorwiegend von Wirbeltieren, spielen Höhlen eine große Rolle. Deren gleichbleibende Temperatur und hohe Luftfeuchtigkeit begünstigen die Erhaltung.
Knochenfunde unterliegen einem gesetzlichem Schutz, sie bedürfen fachgerechter Bergung und Auswertung.