涸沼は野鳥の宝庫で、絶滅のおそれがあるオオワシやオオセッカ等が毎年飛来しています。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。
