Mellum ist als Brutgebiet, Raststation oder Überwinterungsquartier für Vögel von großer Bedeutung. Dies wird Anfang des 20sten Jahrhunderts erkannt und 1909 spricht man ein Verbot für das Zerstören und Ausrauben von Vogelnestern aus. Allein die Bestrafung dieser Taten reichte nicht aus, um die Menschen davon zu hindern diese wundervolle Natur zu zerstören. Mit Ausnahme der beiden Weltkriege wohnt seit 1912 deshalb in den Sommermonaten ein Vogelwart auf der Insel Mellum. Finanziert wird dieser Aufwand vom 1925 gegründeten Mellumrat, dessen Mitglieder die Insel noch heute betreuen. Mellum ist eine sehr ursprüngliche und naturbelassene Insel, die nur im 2. Weltkrieg durch den Bau eines Runddeichs in der Mitte vom Menschen geprägt wird. Ansonsten erhält sie keine Befestigungen und wird somit durch die natürliche Abtragung und Ablagerung von Sediment durch die Gezeiten geformt. So verändert sich das Aussehen der Insel fortwährend, an manchen Stellen geht Fläche verloren, aber an anderen wächst sie. Unterschiedliche Lebensräume entstehen dadurch auf kleinstem Raum, die von den verschiedensten Tier- und Pflanzenarten besiedelt werden. Mellum beherbergt so alle Lebensräume, die natürlicherweise auf einer Insel vorkommen.

Durch die Lage zwischen Jade und Weser ist das Watt um die Insel Mellum durch eine starke Strömung geprägt. Auch der große Tidenhub von 3½ m bewirkt, dass nur wenig Feinsediment abgelagert wird und ein fester sandiger Untergrund entsteht. Besiedelt wird das Sandwatt von Tieren, die an die speziellen Gegebenheiten bestens angepasst sind. Während Herzmuscheln sich zum Schutz vor der starken Strömung in den Untergrund eingraben, benötigen Miesmuscheln Steine oder schon ältere Muscheln, an die sie sich anheften können. Ein neuer Bewohner des Watts um Mellum ist die Pazifische Auster, die sich seit einigen Jahren vermehrt ansiedelt. Auch sie benötigt festes Substrat, an dem sie sich befestigen kann. Meist dienen dazu Strukturen, die von Miesmuscheln erzeugt wurden. So können ausgedehnte und sehr widerstandsfähige Austernriffe entstehen. Die Wattbewohner sind eine eingespielte Gruppe, so dienen beispielsweise die Mies- und Herzmuscheln den Eiderenten als Nahrungsquelle. Im Ganzen werden die Muscheln verschluckt und erst im Magen der Enten die harte Schale geknackt. Die Pazifische Auster kann jedoch wegen der rauen Schale auf diese Weise nicht gefressen werden, hier ist eine andere Technik, wie die des Austernfischers notwendig. Er pickt ein Loch in die Schale und durchtrennt danach den Schließmuskel, um an das begehrte Fleisch zu gelangen. Welche Auswirkungen die Ausbreitung der Pazifischen Auster im Watt der Nordsee hat ist noch nicht klar, es ist jedoch möglich dass sie das empfindliche System grundlegend verändert.

Die Lebensgemeinschaft der verschiedenen Organismen im Watt ist nicht nur durch den Wechsel von Flut und Ebbe durch eine starke Dynamik gekennzeichnet. Herzmuscheln bilden zusammen mit den Miesmuscheln eine sehr wichtige Nahrungsgrundlage und -reservoir für Vögel. Nach warmen Wintern können sich viele Miesmuscheln ansiedeln, jedoch auch viele Strandkrabben, die die Muschelpopulation wiederum dezimieren. In kalten Wintern jedoch bleiben die Strandkrabben länger in tieferen Gewässern, wodurch sich mehr Herzmuscheln etablieren können und den Vögeln als Nahrung zur Verfügung stehen. In den letzten Jahren ist ein Rückgang von brütenden Silbermöwenpaaren zu verzeichnen, dies ist jedoch auf den Verlust einer anderen Nahrungsquelle zurückzuführen, immer mehr Müllkippen in der Umgebung werden geschlossen.
Das Vorkommen des Pierwurms ist an den markanten Kothaufen auf dem Untergrund zu erkennen. Der Wurm sitzt in einer Wohnröhre unterhalb der Haufen, wo er im waagrechten Teil des U-förmigen Gangs Sand frisst und Essbares herausfiltert. Da der Sand immer wieder nachrutscht entsteht unweit eines Haufens ein kleiner Trichter an der Oberfläche. Der Bäumchenröhrenwurm ist ein weiterer Bewohner des Watts, sein verzweigter, baumartiger Teil steht aus dem Boden heraus. Sind viele Bäumchenröhrenwürmer vorhanden lagert sich dadurch mehr Feinsediment ab.

Bei Niedrigwasser sind hier Spuren der Meeresche, ein schon vor 30 bis 40 Jahren eingewanderter Mittelmeerfisch, zu finden. Mit seiner Unterlippe schabt der, bis zu 1,5 m große, Vegetarier seine Algenkost vom Untergrund und hinterlässt so zwei parallele Abdrücke. Dabei ist im sehr flachen Wasser seine Rückenflosse sichtbar. Die Zone, in der sich in den obersten Millimetern verschiedenfarbige Algen ansiedeln trägt den Namen Farbstreifensandwatt. Die farbigen Streifen entstehen durch phototrophe Grünalgen in der obersten Schicht, darunter, wo etwas weniger Licht vorhanden ist existieren rot gefärbte Algen und darunter Bakterien, die Schwefelwasserstoff als Nahrungsquelle nutzen. An der Oberfläche ist die Existenz der Algen an kleinen aufgewölbten Sandblasen erkennbar, in denen sich der produzierte Sauerstoff gesammelt hat. Die Festigkeit des Sandes in diesem Teil des Watts rührt von der starken Verflechtung der Algen her.

Salzwiesen, die Verlandungsgebiete des Wattenmeeres, gliedern sich in folgende drei Zonen, der Queller-, Andel- und Rotschwingelzone. Auf dem Weg vom Watt zur die Insel begegnet man als erster Pflanze dem Queller. Er ist eine Pionierpflanze, die sich an eine tägliche Überflutung mit Salzwasser angepasst und für die Bestäubung und Samenverbreitung auch auf das Wasser angewiesen ist. Als einjährige Pflanze stirbt der Queller nach einer intensiven Rotfärbung im späten Sommer. Aufgenommenes Salz speichert er in seinen Zellen und verdünnt es mit Wasser, sodass die Salzkonzentration in einem ungiftigen Bereich bleibt. Im Laufe der Vegetationsperiode quillt er dadurch auf, was ihm zu seinem Namen verholfen hat. In der sich anschließenden Andelzone wächst das namensgebende Andelgras. Es wird gerne von Gänsen und anderen Zugvögeln gefressen, da es reichlich Eiweiß enthält und so für den Fett- und Muskelaufbau wichtig ist. Auch Strandflieder, Portulakkeilmelde, Strandaster und Löffelkraut sind in dieser unregelmäßig überfluteten Zone anzutreffen. In der selten überfluteten Rotschwingelzone ist neben dem Rotschwingel der Wermut angesiedelt. Er besitzt feine Härchen, die eine übermäßige Verdunstung verhindern und so die Aufnahme von Salzwasser herabsetzen.

Süßwasservegetation ist auf Mellum nur im eingedeichten Bereich vorhanden, sie stellt aber keine natürliche Entwicklung dar und konnte nur durch die Beeinflussung des Menschen entstehen. Hier befindet sich auch der Wohn- und Arbeitsbereich des Vogelwarts und der Gastforscher, die für einige Zeit Untersuchungen durchführen und verschiedensten Fragestellungen auf der Insel Mellum nachgehen.