Du fait de la présence d'eau et de milieux boisés, un grand nombre d'espèces trouvent abri sur ce site Natura 2000.
On y recense beaucoup d'espèces de chiroptère qui occupent ce site principalement comme zone de nourrissage, mais également de nombreuses populations d'invertébrés d'intérêt communautaire, comme par exemple l'Agrion de mercure et le Damier de la succise.
En ce qui concerne les mammifères aquatiques, le castor d'Europe est bien implanté sur le site de l'Ouvèze et du Toulourenc, la loutre est quant à elle potentiellement en phase de recolonisation et est attendue au sein du périmètre Natura 2000 dans les années à venir.
Les habitats caractéristiques des rivières méditerranéennes en tresse sont également propices à la reproduction de quatre espèces de poissons d'intérêt communautaire, à savoir, le Blageon, le Toxostome, le Barbeau méridional et le Chabot, mais également pour un nombre important de reptiles et d'amphibiens.
On y recense 18 espèces d'intérêt communautaire :
