Mamiferele mai importante sunt cerbul (Cervus elaphus), mistreţl (Sus scrofa), vulpea (Vulpes vulpes), vidra (Lutra lutra), liliacul de seară (Nyctalus noctula), pârşul de alun (Muscardinius avelanarius), popândăul (Spermophylus cytelus) etc.
Pot fi întâlnite peste 200 de specii de păsări, marea lor majoritate protejate, aria protejată fiind declarată la nivel internaţional ca Arie de Importanţă Avifaunistică Câteva dintre aceste specii sunt: acvila ţipătoare mică (Aquila pomarina), dumbrăveanca (Coracias garrulus), raţa cârâitoare mică (Anas querquedula), barza neagră (Ciconia nigra), stârcul cenuşiu (Ardea cinerea), egreta mică (Egretta garzetta), lăstunul de mal (Riparia riparia), prigoria (Merops apiaster), ciocârlia (Alauda arvensis), codalb (Haliaeetus albicilla), sturzul cântător (Turdus philomenes) etc.
Herpetofauna (amfibieni şi reptile) este bogat reprezentată, datorită caracterului de zonă umedă a luncii Mureşului. Specii ca: brotăcelul (Hyla arborea), buhai de baltă cu burta roşie (Bombina bombina); broasca de lac (Rana esculenta), tritonul crestat (Triturus cristatus), şopârla cenuşie (Lacerta agilis), năpârca (Anguis fragilis), broască ţestoasă de apă (Emys orbicularis) pot fi întâlnite frecvent în interiorul parcului.
Cele 50 de specii de peşti fac din lunca Mureşului inferior cel mai bogat segment al Mureşului, din punct de vedere al ihtiofaunei. Amintim aici: somnul (Silurus glanis), cega (Acipenser ruthenus), zvârluga (Cobitis taenia), răspărul (Gymnocephalus schraetzer), ţiparul (Misgurnus fossilis).
În arealul Parcului Natural Lunca Mureşului pot fi întâlnite foarte multe nevertebrate şi plante. Nevertebratele au fost mai puţin inventariate până în acest moment, însă putem aminti specii ca: rădaşca (Lucanus cervus), melcul de livadă (Helix pomatia), scoica de râu (Unio crassus), libelule (Ophiogomphus cecila, Coenagrion ornatum).