Holtemmen er en mosaik af en lang række våde og tørre naturtyper, som ligger neden for en gammel kystskrænt på Læsøs nordkyst. Navnet Holtemmen opstod ifølge lokale fortællinger, fordi man ved kørsel ad redningsvejen på kanten af den høje, stejle skrænt måtte holde særlig godt fat i hestetømmen – altså: »Hold tømmen!«
Indtil for 200-300 år siden dannede skrænten Læsøs kystlinje mod nord. En barriere voksede mod vest langs kysten, hvorved der opstod nogle laguner, som pga. den høje grundvandsstand med tiden blev til ferskvandssøer. Landhævningen og aflejringerne på søbunden bevirkede, at det meste af søen udviklede sig til det vådområde, som i dag omfatter det meste af Holtemmen.
Plantelivet i Holtemmen er meget rigt, hvilket bl.a. skyldes de mange forskellige naturtyper. Her er planter som hvid og brun næbfrø, forskellige arter af blærerod samt liden og rundbladet soldug talrige. Selv sjældenheder som orkideen hjertelæbe og bregnen stilkmånerude danner mindre bestande.
Området har også et omfattende insektliv, og spidssnudet frø og hugorm er almindelige.
Naturstyrelsen foretager naturpleje i Holtemmen. Den består især af græsning med gallowaykvæg og fjernelse af ny trævækst. Holtemmen blev sammen med Højsande fredet i 1961. Området er desuden en del af habitatområdet Holtemmen, Højsande og Nordmarken.
