Dunele de coastă reprezintă aproximativ o treime din Cape Cod National Seashore, acoperind aproximativ 8.500 de acri de la Chatham la Provincetown. Dunele predomină pe plaja de barieră și pe spițe, de-a lungul marginilor de coastă ale Oceanului Atlantic și ale Golfului Cape Cod, precum și de-a lungul vârfului nordic al peninsulei – o zonă cunoscută sub numele de Province Lands. Dunele din Province Lands au început să se formeze imediat după retragerea glaciară (~18.000 de ani î.Hr.), deoarece sedimentele erodate din câmpia de spălare au fost transportate spre nord și depuse de curenții de mare. Nisipul de pe plajele acestui cârlig alungit a fost apoi suflat în interior pentru a forma dunele. Deși, în cele din urmă, aici s-au stabilit păduri mature, cea mai mare parte a vegetației a fost îndepărtată de coloniștii europeni pentru a fi folosită în construcții și pentru a curăța terenul pentru agricultură și pășunatul animalelor. Acest lucru a dus la o destabilizare rapidă a suprafeței solului și, până la mijlocul anilor 1800, zona a fost transformată într-un sistem de dune schimbătoare cu vegetație rară.
Dunele CACO sunt acoperite în mod variabil cu vegetație, dintre care o parte s-a stabilit în mod natural și o mică parte a fost plantată în diferite momente în încercarea de a minimiza migrația dunelor. Speciile de dune de succes au adaptări pentru a tolera condițiile calde, uscate și uneori sărate. Plantele au adesea o cuticulă groasă, ceroasă, pentru a limita pierderea de apă. În cazul ierbii de plajă americane (Ammophila breviligulata), frunzele se răsucesc pe timp cald și uscat, ceea ce reduce transpirația. Printre speciile de plante comune ale dunelor se numără iarba de plajă americană, toporașul de la malul mării (Solidago sempervirons), iedera otrăvitoare (Toxicodendron radicans), absintul (Artemesia campestris ssp. caudata), dafinul nordic (Morella pensylvanica) și prunul de plajă (Prunus maritima). În depresiunile interdunale care sunt suficient de joase pentru a se intersecta cu pânza freatică pentru o parte a sezonului de vegetație, se formează zone umede sezoniere care susțin comunități de plante distincte.
S-a demonstrat că o serie de factori de mediu influențează comunitățile de plante de dune și modelele lor de succesiune sau regresie. Vântul poate provoca daune fizice directe (cunoscute sub numele de „pruncucidere prin vânt”) asupra integrității structurale a plantelor (în special a speciilor lemnoase). De asemenea, vântul transportă spray-ul sărat, care poate afecta frunzele și/sau rădăcinile plantelor, deși s-a sugerat că acesta din urmă poate afecta doar câteva specii sensibile care cresc în imediata apropiere a oceanului. În ciuda acestor greutăți, vegetația dunelor este din ce în ce mai abundentă, iar zonele care odinioară erau de nisip gol sunt acum acoperite de plante. Acest proces, cunoscut sub numele de succesiune, va continua să stabilizeze dunele și să le transforme într-un peisaj care să semene cu caracterul lor din trecut.