Entre os anfíbios, as florestas da região são famosas por abrigar várias espécies endêmicas de pequenos e coloridos sapos do gênero Brachycephalus. Estes sapos usam os topos das montanhas da região como ilhas evolucionárias, similar a um Arquipélago de Galápagos brasileiro. No entanto, vários outros anfíbios dividem as inúmeras regiões com estratégias de reprodução diferentes. A rã-vidro (Hyalinobatrachium uranoscopum), por exemplo, faz sua desova sobre folhas largas da vegetação às margens dos riachos, ao eclodirem, os girinos caem direto na água. Por sua vez, a perereca-transporta-ovos (Flectonotus fissilis), a qual a fêmea transporta os ovos nas costas, tem os girinos despejados em bromélias.
Dentre as espécies de répteis, alguns são mais conhecidos por sua ampla ocorrência, como a serpente jararaca (Bothrops jararaca) ou o lagarto teiú (Tupinambis sp.). Encontram-se espécies raras, como a jiboia-de-cropan ou jiboia-do-ribeira (Corallus cropanii), endêmica da Mata Atlântica de São Paulo e “em perigo” de extinção.
Como é típico das florestas neotropicais, a Mata Atlântica se destaca pela variedade de aves. Ela hospeda espécimes exuberantes, como o saíra-sete-cores (Tangara seledon), e espécies de tucanos (Ramphastos sp.). Além disso, é casa de toda da população mundial da endêmica e ameaçada de extinção: papagaio-de-cara-roxa (Amazona brasiliensis). Abriga também alguns bandos de papagaio-de-peito-roxo (Amazona vinacea), espécie ameaçada globalmente. Entre as aves de rapina, as florestas locais são usadas por três variedades de águias-de-crista (Spizaetus sp.), enquanto o raro gavião-caranguejeiro (Buteogallus aequinoctialis) voa pelos mangues. Infelizmente, nem todos pássaros nativos originais são vistos atualmente, a presença do gavião-real, mais conhecido como harpia (Harpia harpyja), não tem sido relatada na região há muitos anos.
Nas terras úmidas costeiras, encontramos os coloridos guarás (Eudocimus ruber), acompanhados pelos biguás (Nannopterum brasilianus), atobás (Sula sp.) e a magnífica fragata (Fregata magnificens). Também nas regiões de planícies e terras úmidas há espécies peculiares, como o endêmico e ameaçado bicudinho-do-brejo (Formicivora acutirostris), que habita apenas as áreas de banhados e a vegetação que margeia os rios da planície.
Em relação aos mamíferos, a área também se destaca por conservar a maior população do macaco muriqui-do-sul (Brachyteles arachnoides) e duas espécies de micos-leões ameaçados – uma pequena população do mico-leão-preto (Leontopithecus chrysopygus) e toda a população de mico-leão-da-cara-preta (Leontopithecus caissara).
A área mantém boas populações de grandes herbívoros suscetíveis à caça, como as antas (Tapirus terrestris) e queixadas (Tayassu pecari). São acompanhados por herbívoros de grande porte, como os veados (Mazama sp.), catetos (Pecari tajacu) e pacas (Agouti paca). Dentre os grandes mamíferos, há a presença importante de predadores, como a jaguatirica (Leopardus pardalis), a onça-parda, também conhecida como puma (Puma concolor), o cachorro vinagre (Speothos venaticus) e a imponente onça-pintada (Panthera onca).
A costa local é habitada por grandes arraias (Manta birostris) e meros (Epinephelus itajara), que podem exceder 400 kg e encontram abrigo nos recifes protegidos pelas ilhas oceânicas. A região de estuário e baías é usada por tartarugas marinhas, como a tartaruga-verde (Chelonia mydas), para descanso e alimentação. Nesta região do litoral, é fácil ver o boto-cinza (Sotalia guianensis). E, na Baía Babitonga, em Santa Catarina, temos a única oportunidade do mundo de se avistar uma população residente de uma rara espécie de golfinho, a toninha (Pontoporia blainvillei).
