Na Reserva Natural do Estuário do Sado estão registadas 261 espécies de vertebrados, dos quais 8 são anfíbios, 11 são répteis, 211 são aves e 31 são mamíferos. Na RNES, cerca de 9.500 há são constituídos por zonas húmidas marginais convertidas para a salinicultura, para piscicultura e para a orizicultura, por áreas terrestres e pequenos cursos de água doce. A zona estuarina do Sado constitui na prática, um verdadeiro "viveiro" ou zona de crescimento, para inúmeras espécies de peixes (tendo sido já identificadas 44 espécies) e de moluscos, com grande interesse comercial e biológico. Face à sua riqueza biológica o estuário do Sado constitui ainda uma região de grande importância para duas espécies costeiras de cetáceos, o roaz corvineiro (Tursiops truncatus) e o boto (Phocoena phocoena). Dos primeiros podemos salientar o facto de no estuário viver uma comunidade de cerca de 30 animais.

É, no entanto, pela importância que tem para as aves aquáticas que o Estuário do Sado goza de estatutos internacionais de protecção, nomeadamente de zona de protecção especial, ao abrigo da Directiva 79/409/CEE, de Área Importante para as Aves Europeias (designação da Comissão Europeia) e de Sítio de Ramsar, ao abrigo da Convenção de Ramsar. A classificação de Biótopo CORINE C14100013, ao abrigo do programa CORINE 857338/CEE e mais recentemente do Sítio PTCON00011 (proposto para integrar a futura Rede Natura 2000), ao abrigo da Directiva 92/43/CEE, é em grande parte alicerçada na riqueza da sua fauna.O estuário do Sado encontra-se entre as três principais zonas húmidas portuguesas com importância para as aves aquáticas (Anatídeos, Galeirões e Limícolas), tendo-se mesmo verificado na última década um gradual crescimento da comunidade das aves aquáticas. Podemos destacar as populações de merganso-de-poupa (mergus serrator), pato-trombeteiro (Anas clypeata), pato-real (Anas platyrhynchus), galeirão (Fulica atra), ostraceiro( Haematopus ostralegus), alfaiate (Recurvirostra avosetta), perna-longa (Himantopus himantopus), tarambola cinzenta (Pluvialis squatarola), maçarico-real (Numenius arquata), rola-do-mar (Arenaria interpres), pilrito-comum (Calidris alpina). Relativamente a outras espécies há a considerar as expressivas populações de corvo-marinho-de-faces-brancas (Phalacrocorax carbo) durante o período da invernada, da águia-sapeira (Circus aeruginosus) durante a invernada e nidificação, de flamingo (Phoenicopterus ruber) durante a invernada, de garça-boieira (Bubulcus ibis), de garça-branca (Egretta garzetta) e de garça-real (Ardea cinerea).

Na RNES e no que diz respeito aos mamíferos, podemos encontrar a lontra (Lutra lutra), o morcego negro (Barbastella barbastellus), o rato de Cabrera (Microtus cabrerae), o gato-bravo (Felis Silvestris), o toirão (Mustela putorius), o sacarrabos (Herpestres ichneumeon), a geneta (Genetta genetta), o texugo (Meles meles) e a raposa (Vulpes vulpes) entre outros.
Dos anfíbios e répteis há a destacar, o cágado (Mauremys leprosa), a cobra-de-água-viperina (Natrix maura), a cobra-de-água-de-colar (Natrix natrix), a rã-de-focinho- pontiagudo (Discloglossus galganoi), o sapo (Bufo bufo), o sapo-corredor (Bufo calamita), o tritão-marmoreado (Triturus marmoratus) e a rela (Hyla arborea), entre outros.