O Parque Natural do Tejo Internacional (PNTI) é uma área extremamente importante para a conservação de diversas espécies de aves que nidificam nas margens escarpadas dos rios e áreas envolventes. Os vales encaixados dos rios Tejo e Erges apresentam um carácter selvagem que lhes confere apreciável valor paisagístico. Em certas encostas erguem-se afloramentos em forma de falésias formando verdadeiras gargantas rochosas como as que se observam, por exemplo, da ponte romana de Segura.

Até ao momento foram inventariadas 179 espécies de aves no PNTI. Estão ainda identificadas 39 espécies de mamíferos, 17 espécies de répteis, 13 de anfíbios, 21 de peixes, mais de 300 espécies de insetos, das quais 189 são borboletas.
Destacam-se como espécies mais importantes a águia-imperial, a águia-real, a águia-de-bonelli, o abutre-preto, o abutre-do-egipto, a cegonha-preta, o chasco-preto e o milhafre-real.

O PNTI alberga importantes grupos faunísticos, incluindo mais de duzentas espécies de vertebrados. De entre estas últimas, 11 são consideradas “em perigo”, 13 “vulneráveis” e outras tantas “raras”.

Do ponto de vista ornitológico, a comunidade de aves, principalmente as que nidificam nas margens escarpadas dos rios e nas áreas envolventes, é a que apresenta maior riqueza específica.

Nos canhões dos rios Tejo e Erges, nidificam e voam abutres, águias e cegonhas-pretas, misturando-se em voos a diferentes níveis de altitude e cruzando os céus nos habitats rupícolas.
Existem 50 espécies com estatuto de conservação desfavorável, incluindo 7 com estatuto de “Criticamente Ameaçado”, 9 “Em Perigo”, 16 “Vulnerável” e 18 ”Quase Ameaçado”.
As espécies consideradas de conservação prioritária são a águia-imperial, Aquila adalberti; águia-de-bonelli águia de Bonelli,

Hieraaetus fasciatus Aquila fasciata; abutre-preto, Aegypius monachus, sisão, Tetrax tetrax e a abetarda, Otis tarda, embora esta última, atualmente, ocorra apenas no período de dispersão pós-nupcial.
A maior diversidade de aves encontra-se nos corredores ripícolas, nos olivais (formações de Olea europaea subsp. europaea var. europaea), nos matos e matagais (inclui-se nesta categoria os zambujais que são formações de Olea europaea subsp. europaea var. sylvestris).

A presença de outros habitats que embora com diversidade de aves mais reduzida, são também estações importantes para espécies com elevado valor de conservação, suportam aves que nestes ocorrem quase exclusivamente. De entre estes habitats, destaca-se o biótopo rupícola, o qual constitui o local de nidificação quase exclusivo para espécies ameaçadas como a cegonha-preta, Ciconia nigra, o grifo, Gyps fulvus, o Abutre-do-egiptoabutre do Egipto ou britango, Neophron percnopterus, a águia-real, Aquila chrysaetos, a águia de Bonelli águia-de-bonelli, Hieraaetus fasciatus Aquila fasciata e o chasco-preto, Oenanthe leucura.

Também os prados e pastagens, habitats onde ocorre a calhandra-comumreal, Melanocorypha calandra, e a calhandrinha-comum, Calandrella brachydactyla, são estruturas de interesse para passeriformes.
Algumas espécies muito raras em Portugal como o cortiçol-de-barriga-branca, Pterocles alchata, aparecem na área do PNTI exclusivamente, ocupando pastagens, pousios, culturas arvenses de sequeiro e áreas de montado aberto.

Entre os mamíferos, destaca-se a presença da lontra Lutra lutra, do gato-bravo, Felis silvestres silvestris, muito raramente avistado e do toirão Mustela putoris. Juntam–se a estas espécies a gineta, Genetta genetta, e o veado, Cervus elaphus.
Existem registos de ocorrência de 13 espécies de morcegos no PNTI, das quais cinco apresentam estatuto de conservação desfavorável. O morcego-de-ferradura-grande, Rhinolophus ferrumequinum; o morcego-de-ferradura-pequeno, Rhinolophus hipposiderus; o morcego-rato-grande, Myotis myotis e o morcego-de-franja, Myotis nattereri, no novo Livro Vermelho dos Vertebrados de Portugal têm o estatuto de “Vulnerável”, estando duas delas (Rhinolophus hipposiderus e Myotis nattereri) classificadas com o estatuto de “Quase Ameaçado”.
No que diz respeito aos insectívoros e roedores com estatuto de conservação desfavorável, é de destacar a presença no PNTI

do rato-de-Cabrera rato de Cabrera, Microtus cabrera, que é uma espécie com o estatuto de “Vulnerável” em Portugal, outras espécies como o rato-dos-pomares, Eliomys quercinus, o rato-de-água, Arvicola sapidus, apesar de ser comum e não ameaçado em Portugal é classificado como “Quase Ameaçado”. O coelho-bravo Oryctolagus cuniculus, é uma espécie com estatuto de “Quase Ameaçado” em Portugal constituindo uma peça chave dos ecossistemas mediterrânicos, devido ser a presa preferencial de muitos carnívoros.
As áreas de maior riqueza específica de carnívoros, deverão corresponder a matagais mediterrânicos, áreas coberto denso e zonas de vegetação ripícola, que no PNTI se localizam maioritariamente em vales encaixados e escarpas.
Igualmente importantes são as zonas onde é praticada agricultura permanente ou temporária, e olivais que aparecem em geral associados a hortas. Estes habitats revelaram-se especialmente adequados para o caso específico da fuinha, Martes foina.

Classificam-se 21 espécies de peixes dulciaquícolas distribuídos nos rios Erges, Ponsul, Tejo e ribeira do Aravil, das quais apenas dez são espécies autóctones.
Sendo algumas, considerados endemismos ibéricos como o barbo-comum (Luciobarbus bocagei), cumba (Luciobarbus comizo), barbo-de-steindachner  barbo de Steindachner (Luciobarbus steindachneri), boga-de-boca-arqueada (Iberochondrostoma lemmingii), boga-comum (Pseudochondrostoma polylepis), bordalo (Squalius alburnoides), escalo-do-norte (Squalius carolitertii), escalo-do-sul (Squalius pyrenaicus) e verdemã-comum-comum (Cobitis paludica).

O cumba, a boga-de-boca-arqueada e o escalo-do-sul com a categoria de “Em Perigo”; o bordalo está classificado como “Vulnerável”; e o barbo-de-steindachner de Steindachner considerado como “Quase Ameaçado”.
O estatuto de ameaça destas espécies, a nível nacional e internacional, deve-se à sua distribuição restrita na Península Ibérica e à sua relativa raridade na área. Por esta razão, são espécies abrangidas por regimes de proteção, ao nível da Diretiva Habitats, que integra as espécies: Iberochondrostoma lemmingii, Pseudochondrostoma polylepis, Squalius alburnoides, Luciobarbus comizo, Luciobarbus bocagei e Luciobarbus steindachneri.

As espécies de anfíbios do PNTI parecem ter uma ampla distribuição a nível nacional, não tendo assim estatuto de conservação desfavorável no país. A rã-de-focinho-pontiagudo, Discoglossus galganoi, constitui a única excepção, sendo classificada com o estatuto de “Quase Ameaçado”.

Já a nível global, o PNTI alberga três espécies classificadas com o estatuto de “Quase Ameaçado”: o tritão-de-ventre-laranja, Triturus Lissotriton boscai o sapo-parteiro-ibérico, Alytes cisternasii e a rela, Hyla arborea molleri.

Salientam-se dois endemismos ibéricos: cobra-de-pernas-pentadáctila, Chalcides bedriagai, e cobra-cega, Blanus cinereus. No PNTI ocorrem quatro espécies de répteis com estatuto de conservação desfavorável, aqui citadas por ordem decrescente desse estatuto: o cágago-de-carapaça-estriada, Emys orbicularis, a cobra-de-capuz, Macropotodon cucullatus brevis, a lagartixa-do-mato-ibérica, Psammodrus hispanicus Psammodromus occidentalis e a lagartixa-de-dedos-denteados, Acanthodactylus erythrurus. O cágado-de-carapaça-estriada é classificado como “Em Perigo”.

A cobra-de-capuz, é classificada como “Vulnerável” em Portugal e apresenta uma distribuição relativamente marginal no PNTI, ocorrendo na zona entre Segura e Salvaterra do Extremo. No entanto, é uma espécie de difícil detecção e que ocorre normalmente em baixa densidade. Também com o estatuto de “Vulnerável” é classificada a lagartixa-do-mato-ibérica, Psammodromus occidentalisPsammodromus hispanicus. No entanto, ao contrário da cobra-de-capuz, esta espécie parece apresentar uma distribuição significativa no PNTI.

A fauna de invertebrados do PNTI  é relativamente pouco conhecida. A informação disponível encontra-se restrita aos insectos.
O PNTI alberga, cerca de 332 espécies de insetos (8 Ordens), das quais 189 são borboletas, pertencentes a 24 Famílias.
Observa-se a presença do mexilhão-de-rio-comum, Unio delphinus, no rio Ponsul. Esta é uma espécie de bivalve dulciaquícola, relativamente comum, mas cujas populações são muito sensíveis a alterações súbitas e bruscas no habitat, como secas, construção de barragens e descargas tóxicas, sendo incapazes de recuperar por si só (Reis, 2006). A sua conservação exige a manutenção das condições ambientais e da integridade ecológica dos rios onde ocorre.
Do grande universo de insectos que se podem observar no PNTI salienta-se o maior escaravelho da Europa, o capricórnio Cerambyx cerdo, coleóptero incluído na Diretiva Habitats. 

Relativamente aos Lepidópteros (borboletas), Maravalhas (2003), destaca duas espécies consideradas em perigo de extinção: Tomares ballus e Carcharodus baeticus , cuja presença foi confirmada por Marabuto et al. (2013) na fronteira de Segura e na zona de Monte Barata, respetivamente.
Registam-se ainda cinco espécies de borboletas consideradas moderadamente ameaçadas por Maravalhas (2003): Thymelicus acteon, Polygonia c-album, Zerynthia rumina, Gonepteryx cleopatra , Nymphalis polychloros.
A lista de espécies de fauna, incluem mais de duzentas espécies de vertebrados, das quais 11 são consideradas “em perigo”, 13 “vulneráveis” e outras tantas “raras”.