L’ambiente più caratteristico del Parco, quello delle forre tufacee, è solcato da corsi d’acqua ancora abbastanza puliti per consentire la presenza di specie esigenti come il gambero e il granchio di fiume. Vive qui anche la salamandrina dagli occhiali, un piccolo anfibio che trascorre buona parte delle ore diurne sotto le rocce o nella lettiera di foglie del sottobosco non lontano dalle sponde. Di tassi, cinghiali ed istrici non si rinvengono generalmente che le orme o altri piccoli segni di presenza, come ciuffi di peli o aculei. Ancora più difficili da avvistare sono altri mammiferi come la puzzola e il moscardino, mentre non è raro in grotte e cavità imbattersi in diverse specie di chirotteri. Tra gli invertebrati ne citiamo appena alcuni: sciami di effimere che compaiono nei mesi estivi, plecotteri le cui larve vivono nell’acqua, libellule dalla livrea sgargiante e il nome altisonante come damigelle (Calopterix virgo) e libellule imperatore (Anax imperator).

Tra gli uccelli frequentano i piccoli canyon del Parco Marturanum il martin pescatore, le ballerine bianca e gialla, la gallinella d’acqua. Autunno e inverno sono le stagioni della beccaccia, mentre il picchio verde e il rosso maggiore sono stanziali. Segnalato anche il localizzato rigogolo, dal piumaggio giallo e nero. Nelle zone aperte dei pascoli è possibile avvistare predatori specializzati come l’albanella minore e il biancone oppure, sempre tra i rapaci, il nibbio reale; tra i passeriformi, non mancano rarità quali la calandra e diverse specie di zigoli. Da alcuni anni, inoltre, il territorio del Parco ospita una coppia di cicogna nera, sempre più raro frequentatore dei più integri habitat fluviali d'Europa.