涸沼は野鳥の宝庫で、絶滅のおそれがあるオオワシが毎年飛来し、オオセッカ等の貴重種が生息しています。特にスズガモは、東アジア地域個体群の個体数１％を越える５千羽程度が飛来し、重要な中継地となっています。また、20世紀最後の新種発見となった「ヒヌマイトトンボ」は、1971年に涸沼湖畔で見つかったことから、名付けられました。
また、湖には、同じく絶滅のおそれのあるニホンウナギ、特産品であるヤマトシジミをはじめ、ハゼ、スズキ、ボラ、シラウオ、コイ、フナなど、海水・淡水に生息する沢山の魚達が生息しています。
