Các loài thực vật sống trong thời đại Mesozoi bao gồm chu sa, xycadeoids, ginkgoites, ginkophytes, cây lá kim, cây bóng sống và cây hạt kín. Vào đầu thời đại Mesozoi, cây hạt trần đã chiếm ưu thế. Vào cuối kỷ nguyên, thực vật hạt kín bắt đầu xuất hiện.
Thời đại Mesozoi được chia thành ba thời kỳ chứng kiến sự phát triển của nhiều loại thực vật khác nhau. Hai thời kỳ đầu tiên, kỷ Trias và kỷ Jura, chứng kiến sự trỗi dậy của cây hạt trần, là những cây không có hạt trong hoa của chúng, chẳng hạn như cây thông. Trong kỷ Trias, 20% hệ thực vật trên thế giới là loài cây họ cà. Hiện nay, trên thế giới chỉ còn lại một số loài cây thuộc họ chu sa. Các loài bóng lưỡng tính phát triển mạnh trong thời gian này, mặc dù chúng đã tuyệt chủng trước kỷ Jura.
Trong thời kỳ kỷ Jura, cây xích lô vẫn phát triển mạnh mẽ, mang nhiều đặc điểm của cây dương xỉ ngày nay. Các cây thuộc họ cycadeoid cũng phát triển trong kỷ Jura, và những loài thực vật này giống như cây họ cà nhưng có một số khác biệt về khả năng sinh sản. Ginkgophytes, bắt đầu ngay trước Mesozoi, bắt đầu đa dạng hóa thành 11 loài khác nhau. Các loài cây lá kim cũng bắt đầu phát triển và lan rộng.
Thời kỳ cuối cùng của kỷ Mesozoi, kỷ Phấn trắng, chứng kiến sự trỗi dậy của thực vật hạt kín, hay thực vật có hoa. Ngày nay, hầu hết các loài thực vật trên Trái đất được xếp vào nhóm thực vật hạt kín.
