Na fauna do estuário do Sado salienta-se a grande diversidade de peixes, moluscos e crustáceos. Registam-se 95 espécies de peixes onde podemos referir o charroco, o sargo, o linguado, o salmonete, a solha, o robalo, a raia-riscada e o garrento. Este é o único local conhecido, em toda a costa portuguesa, onde existe uma população residente de roaz-corvineiro. Essa população de golfinhos, como vulgarmente é conhecida, é muito relevante a nível europeu e constitui o símbolo da Região de Turismo Costa Azul.

A reserva possui cerca de 200 espécies de aves com um número superior a 20000. Considerado um local de importância internacional para a nidificação do Perna-longa e invernada do Alfaiate e da Garça-branca, podemos destacar também como espécies características o Flamingo, a Cegonha-branca, o Pato-real e o Corvo-marinho-de-faces-brancas.