Особо охраняемый объект представляет собой типичную грядово-мочажинную болотную систему, одну из крупнейших в Республике Коми. В растительных сообществах широко распространены виды, характерные для олиготрофных выпуклых грядово-мочажинных болот: береза карликовая (Betula nana), багульник болотный (Ledum palustre), кассандра болотная (Chamaedaphne calyculata), подбел узколистный (Andromeda polifolia), голубика обыкновенная (Vaccinium uliginosum), клюква болотная (Oxycoccus palustris), клюква мелкоплодная (Oxycoccus microcarpus), морошка (Rubus chamaemorus), шейхцерия болотная (Scheuchzeria palustris), пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum), сфагнум бурый (Sphagnum fuscum), сфагнум магелланский (Sphagnum magellanicum), сфагнум узколистный (Sphagnum angustifolium), сфагнум балтийский (Sphagnum balticum) и др. Центральную часть болота занимает грядово-мочажинный комплекс. Мочажины сильно обводнены, местами вода выступает на их поверхности. Характерной особенностью растительности гряд является присутствие угнетенных деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). Их средняя высота не превышает 2,0 - 2,5 м. Много сухостойных деревьев. В нижних ярусах фитоценозов гряд доминируют багульник болотный, кассандра болотная, морошка и сфагнум с примесью печеночного мха милии аномальной (Mylia anomala). В мочажинах произрастают шейхцерия и сфагновые мхи (сфагнум балтийский и сфагнум большой (Sphagnum majus). В центральной части болота Мартюшевское мочажины становятся топкими и непроходимыми, высота деревьев сосны уменьшается до 1,0 - 1,2 м. На грядах появляются береза карликовая, подбел узколистный, клюква болотная, в мочажинах - пушица влагалищная и осока топяная (Carex limosa). Местами эта растительность чередуется с группировками, для которых характерно преобладание вахты трехлистной (Menyanthes trifoliata) и сфагновых мхов: сфагнума Йенсена (Sphagnum jensenii) и сфагнума папиллозного (Sphagnum papillosum).
Значительные по площади окрайки болота заняты сосново-сфагновыми сообществами. Высота деревьев сосны обыкновенной здесь достигает 4 - 6 м, в травяно-кустарничковом ярусе довольно обильны кустарнички (багульник болотный, кассандра болотная, голубика обыкновенная и подбел узколистный). Из травянистых растений к числу доминантов относится пушица влагалищная. Моховой покров на грядах представлен сфагнумом бурым, сфагнумом узколистным, сфагнумом изменчивым (Sphagnum fallax), в мочажинах - сфагнумом балтийским, сфагнумом большим. Микрорельеф кочковатый.
На болоте Мартюшевское произрастает 61 вид растений. Два из них - сосна сибирская (Pinus sibirica) и очеретник белый (Rhynchospora alba) занесены в Красную книгу Республики Коми (2009).