La fauna Il Padule riveste un ruolo fondamentale nelle rotte migratorie fra la costa tirrenica e l’interno; qui si possono osservare nel corso dell'anno oltre 190 specie di uccelli, fra cui almeno 70 nidificanti. Particolare rilievo naturalistico assumono gli aironi che in periodo riproduttivo costituiscono la garzaia (colonia di nidificazione) più importante dell'Italia centromeridionale, sia per il numero delle coppie nidificanti (fino a 800) che per la presenza contemporanea di 4 specie: la Nitticora, la Garzetta, la Sgarza ciuffetto e l’Airone guardabuoi. Nel 1999 si è avuta per la prima volta anche la nidificazione in garzaia del rarissimo Mignattaio. Fra i mammiferi è presente il Topolino delle risaie (Micromys minutus), il più piccolo roditore europeo, che si trova nel Padule di Fucecchio al limite meridionale accertato della specie. La microfauna è altrettanto ricca ed importante, anche se meno studiata. Una recente ricerca del Prof. Arnaldo Bordoni ha permesso di censire oltre 1000 specie di Coleotteri: molti di questi, di origine euro-sibirica, assumono il significato di relitti microtermici, analogamente a quanto già visto a proposito delle entità floristiche.