Destaca-se a importância desta área para a conservação do lobo-ibérico Canis lupus signatus cuja preservação está dependente, entre outros factores, da manutenção das populações de presas selvagens como o veado Cervus elaphus e o corço Capreolus capreolus. Também a toupeira-de-água Galemys pyrenaicus tem aqui condições muito favoráveis, exibindo algumas das melhores populações nacionais. O gato-bravo Felis silvestris, a lontra Lutra lutra, o morcego-de-ferradura-grande Rhinolophus ferrumequinum e o rato-dos-lameiros Arvicola terrestris (desconhecido no resto do país) são igualmente exímios representantes dos mamíferos ocorrentes.

Cerca de cento e sessenta espécies de aves, grande parte nidificantes, incluindo espécies raras como a águia-real Aquila chysaetos, a cegonha-negra Ciconia nigra, o tartaranhão-azulado Circus cyaneus, o picanço-de-dorso-vermelho Lanius collurio, o melro-das-rochas, Monticola saxatilis e a petinha-ribeirinha Anthus spinoletta, atestam a grande diversidade e valor da avifauna presente.

A víbora-cornuda Vipera latastei, o lagarto-de-água Lacerta schreiberi e o tritão-marmorado Triturus marmoratus são alguns dos répteis e anfíbios que se podem observar.

Constitui uma área excepcionalmente favorável para a truta-de-rio Salmo trutta, podendo-se encontrar também peixes muito ameaçados como a panjorca Chondrostoma arcasii e o verdemã-do-norte Cobitis calderoni.

A presença de numerosas espécies de borboletas raras e exclusivas do Nordeste Transmontano como a Lycaena virgaureae, a Brenthis daphne, a Boloria dia e a Aphantopus hyperanthu, assim como das únicas populações viáveis do mexilhão-de-rio Margaritifera margaritifera conhecidas em Portugal, realça a importância desta Área Protegida também para os invertebrados.

Os cursos de água, os matos, os lameiros, os bosques autóctones (carvalhais e sardoais) e as áreas rupícolas albergam as zonas preferenciais de alimentação, abrigo ou reprodução de grande parte das espécies. As áreas cerealíferas e os soutos de castanheiros proporcionam também importantes territórios de caça, refúgio ou reprodução de algumas aves e mamíferos. Algumas construções isoladas, moinhos ou minas funcionam ainda como preciosos abrigos para a fauna, em particular para os morcegos.