L'Orto Botanico di Padova, sorta di ‘manuale vivente' della prima specializzazione in farmacologia, fu l'approdo di varie specie vegetali introdotte in Italia per la prima volta, attraverso i viaggi che, dal Rinascimento e nei secoli successivi, si moltiplicarono verso terre e continenti in precedenza sconosciuti agli europei.
La collezione era continuamente arricchita con piante provenienti da varie parti del mondo, specialmente laddove la Repubblica di Venezia aveva possedimenti, o dirigeva le sue rotte commerciali. Non meraviglia quindi che, almeno nei primi tempi, molti medicamenti fossero costituiti da piante dell'area mediterranea orientale, piante africane o anche asiatiche, ma non mancano anche le importazioni dalle Americhe.
Troviamo qui i primi esemplari di girasole, di sesamo, di patata, di magnolia, di gelsomino, di lillà, di giacinto, di ciclamino, di cedro dell'Himalaya, di robinia, di agave americana. Molte specie rare ancora oggi conservano l'originaria ubicazione all'interno delle strutture dell'Orto di Padova. Una raccolta di esemplari continuamente aggiornata attraverso i secoli, con piante carnivore, piante grasse, orchidee, piante acquatiche di grande fascino.
Elemento di attrazione dei visitatori da tutte le parti del mondo è la cosiddetta Palma di Goethe, un esemplare di palma di San Pietro messo a dimora nel 1585 - la pianta più vecchia dell'Orto - che il celebre scrittore tedesco vide nel corso del suo viaggio in Italia e da cui trasse ispirazione per formulare un'intuizione evolutiva, espressa nel saggio sulla Metamorfosi delle piante. Di notevole interesse anche il grande platano orientale dell'arboreto, messo a dimora nel 1680, dal fusto cavo, forse in conseguenza di un fulmine, e, all'interno del muro circolare, un imponente ginkgo biloba, importato nel 1750, che pure fu oggetto di attenzione da parte di Goethe. Si segnala poi la magnolia grandiflora risalente al 1786, uno dei primi esemplari introdotti in Italia, se non forse il primo in assoluto.

Il platano orientale messo a dimora nel 1680

Oltre che per famiglie e specie, alcune piante sono state suddivise in collezioni tematiche, formate sulla base di determinate caratteristiche, con lo scopo principale di sollecitare l'attenzione dei visitatori e di stimolarne l'osservazione: piante insettivore, piante medicinali e velenose, piante introdotte per la prima volta nell'Orto patavino. Altri nuclei sono individuati in base alle caratteristiche ambientali d'origine: la macchia mediterranea, la roccera alpina, l'ambiente d'acqua dolce, le zone desertiche e tropicali.
Il nuovo Giardino della Biodiversità, contiguo all'antico Orto Botanico, mostra attraverso una serie di modernissime serre un'ideale ‘sezione' del mondo, dall'equatore verso i poli, dalle foreste tropicali al clima temperato e mediterraneo, fino a quello arido, caldo e freddo.