Au regard de l'actuel périmètre du site Natura 2000, seules les espèces utilisant le lit mineur du fleuve sont intégrées au site. On y retrouve notamment les mammifères subaquatiques tels que la Loutre d'Europe et le Castor d'Europe. Les poissons grands migrateurs que sont l'Alose feinte et la Lamproie marine constituent aussi un enjeu fort de conservation. En effet, les très faibles effectifs comptabilisés sur toute la façade méditerranéenne renforcent leur valeur patrimoniale au sein du cours d'eau.
D'autres espèces piscicoles d'intérêt communautaire non migratrices ont également été identifiées dans le Petit Rhône. C'est le cas du Blageon et de la Bouvière et du Toxostome, qui sont devenus très rares sur le site.
En périphérie du site, sur le périmètre projet d'extension, on retrouve aussi une grande diversité d'espèces. En effet, la ripisylve et les milieux aquatiques périphériques constituent un habitat de déplacement, d'alimentation ou encore de reproduction pour les coléoptères saproxyliques (qui se nourrissent de bois morts) tels que le Grand Capricorne ainsi que pour de nombreuses espèces de chauve-souris, et pour bien d'autres espèces.
Les espèces piscicoles d'intérêt communautaire identifiés sur le Petit Rhône
