Σύμφωνα με τον ν.3937/2011 (ΦΕΚ 60/Α/31-3-2011) Αρθ. 5, ως σημαντικά στοιχεία φυσικού περιβάλλοντος (οικοτόπων και ειδών) είναι οι περιοχές Natura, τα Καταφύγια Άγριας Ζωής (ΚΑΖ), τα Εθνικά Πάρκα, οι Εθνικοί Δρυμοί κ.λπ.
Σημειώνεται ότι στη ΔΕ Ιτάνου εντοπίζεται Ειδική Ζώνη Διατήρησης (ΕΖΔ) του Δικτύου Natura 2000 με κωδικό «GR4320006: Βορειοανατολικό Άκρο Κρήτης: Διονυσάδες, Ελάσα και χερσόνησος Σίδερο (Άκρα Μαύρο Μούρι – Βάι – Άκρα Πλάκας) και θαλάσσια Ζώνη», η οποία εκτείνεται σε έκταση 39.404,96 (ha) εντός του Δ. Σητείας στη ΔΕ Ιτάνου και είναι υπό την προστασία και διαχείριση του Φορέα Διαχείρισης Κεντρικής και Ανατολικής Κρήτης. Επίσης, στη ΔΕ Λεύκης εντοπίζεται Ειδική Ζώνη Προστασίας για την Ορνιθοπανίδα του Δικτύου Natura 2000 με κωδικό «GR 4320016: Όροι Ζάκρου», η οποία εκτείνεται σε έκταση 3.878 (ha). Τέλος, στη ΔΕ Ανάληψης εντοπίζεται Ειδική Ζώνη Διαχείρησης (ΕΖΔ) του Δικτύου Natura 2000 με κωδικό «GR4320004: Μονή Καψά (Φαράγγι Καψά και γύρω περιοχή)», έκτασης 996,7 (ha).
Συγκεκριμένα, στην ευρύτερη περιοχή της Ζάκρου, υπάρχουν πολλά φαράγγια με πιο γνωστό αυτό της Κάτω Ζάκρου, γνωστότερο και ως Φαράγγι των Νεκρών. Στην παραλία του Ξερόκαμπου υπάρχει ο παράκτιος υγρότοπος-αλυκή Αλατσολίμνη και δυτικά του χωριού υπάρχουν μικρής έκτασης αμμοθίνες. Γεωλογικά, το μεγαλύτερο τμήμα της περιοχής αποτελείται από ασβεστόλιθους. Η ιδιαιτερότητα της τοποθεσίας έγκειται στο γεγονός ότι παρόλο που είναι από τις πιο ξηρές και θερμές της Ευρώπης διαθέτει πάρα πολλές πηγές με συνεχή παροχή νερού. Η περιοχή είναι ιδιαίτερα αραιοκατοικημένη, με τους περισσότερους οικισμούς στα ορεινά να έχουν εγκαταλειφθεί. Στην παράκτια ζώνη εμφανίζεται τουριστική κίνηση, ενώ η πηγή της Ζάκρου, το Φαράγγι των Νεκρών, το σπήλαιο των Πελεκητών και τα πολλά μονοπάτια αποτελούν πόλο έλξης πολλών περιπατητών. Η εικόνα της περιοχής συμπληρώνεται από γραφικούς μικρούς οικισμούς ανάμεσα στους εκτεταμένους ελαιώνες και διάσπαρτες αρχαιολογικές θέσεις μεγάλης σπουδαιότητας. Παρόλο που η περιοχή γενικά δέχεται λίγες βροχοπτώσεις, υπάρχουν αξιόλογες πηγές και ρυάκια που με τη σειρά τους δημιουργούν ιδιαίτερα οικοσυστήματα. Η βλάστηση απαρτίζεται κυρίως από φρύγανα. Δύο μικροί αλλά σημαντικοί για τα μεταναστευτικά πτηνά υγρότοποι αναπτύσσονται στην Κάτω Ζάκρο και τον Ξερόκαμπο, ενώ στα μεγαλύτερα υψόμετρα βρίσκουν καταφύγιο αρπακτικά πουλιά όπως o πετρίτης (Falco peregrinus) και είδη των χαμηλών μεσογειακών θαμνώνων και φρυγάνων όπως η δενδροσταρήθρα, η ωχροκελάδα και το βλαχοτσίχλονο. Στην Αλατσολίμνη, εκτός της ορνιθοπανίδας, στις αμμοθίνες που δημιουργούνται στο παραλιακό τμήμα φιλοξενούνται σπάνια είδη χλωρίδας.
Στην Ειδική Ζώνη Διατήρησης (ΕΖΔ) του Δικτύου Natura 2000 «Βορειοανατολικό Άκρο Κρήτης» εντοπίζεται ιδιαίτερη οικολογική και αισθητική αξία, δεδομένου ότι περιλαμβάνει οικοτόπους προτεραιότητας, περιοχές σημαντικές για τα πουλιά, και τόπους εθνικής και ευρωπαϊκής σημασίας. Στο σύμπλεγμα των Διονυσάδων η βλάστηση είναι φρυγανική και μακκία, ενώ κοντά στην ακτή υπάρχουν αλόφυτα. Ο φοίνικας του Θεόφραστου (Phoenix theophrasti) βρίσκει στο Βάι πρόσφορο έδαφος, ώστε να καταφέρει να σχηματίσει ένα πραγματικό δάσος, το μοναδικό στην Ευρώπη. Προς την παραλία, οι φοίνικες συνοδεύονται από πολύ αραιή βλάστηση αμμοθινών, ενώ στο εσωτερικό της κοιλάδας υπάρχει κάλυψη με Juncus sp. Περιμετρικά του δάσους το περιβάλλον είναι πιο ξηρό, με φρυγανική βλάστηση (Coridothymus capitatus, Genista acanthoclada, κ.ά.) (Πηγή: NATURA 2000 - STANDARD DATA FORM, https://natura2000.eea.europa.eu).
Γενικότερα, η περιοχή παρουσιάζει πολύ πλούσια χλωρίδα, στην οποία περιλαμβάνονται περίπου 550 φυτικά είδη, μεταξύ των οποίων τα 16 είναι ενδημικά της Κρήτης, τα 14 ενδημικά της Κρήτης και του νησιωτικού συγκροτήματος Κάσου-Καρπάθου, τα 21 ενδημικά Κρήτης και Αιγαίου, 2 στενοενδημικά, 2 σχεδόν στενοενδημικά, και 2 είδη προτεραιότητας. Εκτός της μεγάλης χλωριδικής σπουδαιότητας της περιοχής, μεγάλη οικολογική αξία έχουν και τα προστατευόμενα είδη αμφιβίων, ερπετών, ασπονδύλων και άλλων ζωικών ειδών. Τέλος, στη θαλάσσια περιοχή έχουμε παρουσία της μεσογειακής φώκιας (Monachus monachus), του ρινοδέλφινου (Tursiops truncatus), αλλά και του σπάνιου για την Κρήτη θαλάσσιου φυτού ρούππια η κηρώδης (Ruppia cirrhosa) (Πηγή: NATURA 2000 - STANDARD DATA FORM, https://natura2000.eea.europa.eu).
Η Ειδική Ζώνη Διατήρησης (ΕΖΔ) του Δικτύου Natura 2000 «Μονή Καψά (Φαράγγι Καψά και γύρω περιοχή)», χαρακτηρίζεται από μεγάλη αισθητική αξία. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χλωρίδα που φιλοξενεί η περιοχή (μερικά ενδημικά και τοπικά ενδημικά είδη εκ των οποίων κάποια σπάνια), καθώς και η γεωμορφολογία του φαραγγιού. Πρόκειται για φαράγγι μικρού σχετικά μήκους (περίπου 3χλμ.) που διανοίγεται σε ασβεστόλιθο Τρίπολης με διεύθυνση Βορά-Νότου. Στα κάθετα τοιχώματα του φαραγγιού, που κυριαρχούν τα φρύγανα, διανοίγονται μικρά έγκοιλα, ενώ η κοίτη του ποταμού καλύπτεται σε πολύ λίγα σημεία από πικροδάφνες Nerium oleander και λυγαριές Vitex agnus castus. (Πηγή: NATURA 2000 - STANDARD DATA FORM, https://natura2000.eea.europa.eu).
Σχεδόν ολόκληρος ο Δήμος Σητείας από το 2015 εντάσσεται στο παγκόσμιο δίκτυο Γεωπάρκων της UNESCO με ονομασία «Σητεία» έκτασης 517 τ.χλμ. Φορέας διαχείρισης του Γεωπάρκου Σητείας είναι ο Δημοτικός Οργανισμός Κοινωνικοπολιτιστικής Ανάπτυξης Σητείας (Δ.Ο.Κ.Α.Σ.).
Σε ό,τι αφορά το υδρογραφικό δίκτυο επισημαίνεται ότι το Δήμο διασχίζουν αρκετά ρέματα, τα οποία επέφεραν και τις πρόσφατες (Οκτώβριος 2022) καταστροφές από έντονες βροχοπτώσεις. Ειδικότερα, και παρόλο που με βάση το Σχέδιο Διαχείρισης Κινδύνων πλημμύρας του Υδατικού Διαμερίσματος Κρήτης (ΦΕΚ 2687/Β/06-07-2018), η περιοχή δεν εμπίπτει σε Ζώνη Δυνητικά Υψηλού Κινδύνου Πλημμύρας, τον Οκτώβριο του 2022 σφοδρές βροχοπτώσεις προκάλεσαν έντονα πλημμυρικά φαινόμενα και καταστροφές ειδικότερα στην πόλη της Σητείας. Εξαιτίας των προαναφερόμενων φυσικών καταστροφών, ο Δήμος Σητείας τέθηκε σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης έως τις 17/04/2023, με την με αρ. πρωτ. Α2011/17.10.2022 απόφαση του Γ.Γ. πολιτικής προστασίας (ΑΔΑ:Ψ8Π146ΝΠΙΘΠΡΗ), προκειμένου αφενός να αποκατασταθούν οι επιπτώσεις από τις καταστροφές και αφετέρου να ληφθούν τα αναγκαία μέτρα πρόληψης παρόμοιων μελλοντικών καταστροφών.