Le Aree Protette delle Alpi Marittime ospitano una concentrazione eccezionale di specie animali: se ne stimano circa 6000, ma il numero è continuamente incrementato dalla scoperta di nuove entità appartenenti ai gruppi meno appariscenti, come gli insetti. Delle circa 90 specie di mammiferi censite dell’Europa centrale, qui se ne incontrano 55, comprese 20 specie di pipistrelli.

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Specie tipicamente alpine come il camoscio (Rupicapra rupicapra), la lepre variabile (Lepus timidus), l’ermellino (Mustela erminea) e la pernice bianca si affiancano a specie caratteristiche dell’ambiente mediterraneo o della pianura, come il topo quercino (Eliomys quercinus), il cinghiale (Sus scrofa) e il capriolo (Capreolus capreolus). Alcune specie sono più facilmente osservabili o esclusive di un solo Parco: per esempio lo stambecco (Capra ibex) e il muflone (Ovis musimon) si trovano solo all'interno del Parco delle Alpi Marittime, mentre il cervo è più facilmente osservabile nel Parco del Marguareis.

All'inizio degli anni '90 è stato documentato nel Parco del Marguareis il primo branco stabile di lupo (Canis lupus), specie tornata sulle Alpi per dispersione naturale dall'Appennino Ligure. Circa dieci anni più tardi è stato registrato il primo branco anche nel Parco delle Alpi Marittime. Per l'esperienza maturata in oltre 20 anni di convivenza con il predatore, oggi le Aree Protette delle Alpi Marittime sono Centro di Referenza regionale per i grandi carnivori insieme alle Aree Protette dell'Appennino Piemontese.

All'interno delle Aree Protette delle Alpi Marittime sono state osservate 200 specie di uccelli, delle quali più di cento sono nidificanti: dalla maestosa aquila reale (Aquila chrysaetos) con 12 coppie, al piccolo merlo acquaiolo (Cinclus cinclus), dall'elusiva pernice bianca (Lagopus mutus) allo sgargiante picchio muraiolo (Tichodroma muraria). A partire dal 1986 sono stati rilasciati 43 gipeti (Gypaetus barbatus) rilasciati nell’area Marittime-Mercantour: anche l'avvoltoio più grande delle Alpi è tornato nelle Alpi del Sud, dove sempre più frequenti sono anche gli avvistamenti di grifoni. L’Ente di Gestione delle Aree Protette delle Alpi Marittime nel 2016 è stato individuato dalla Regione Piemonte come titolare del Centro di Referenza denominato “Avvoltoi e rapaci alpini in associazione con l’Ente di Gestione delle Aree Protette delle Alpi Cozie e coordina il monitoraggio della specie in tutto il territorio regionale ad esclusione del territorio del suddetto Ente associato.

Anche le specie di rettili (8) e di anfibi (4) sono relativamente numerose per un ambiente alpino, grazie ai miti influssi del clima marino. Da segnalare in particolare la presenza del geotritone (Speleomantes strinatii), abitante degli ambienti umidi sotterranei. Si può davvero dire che poche aree protette europee possono vantare una quantità e una varietà di specie animali paragonabili a quella delle Aree Protette Alpi Marittime. I pesci dei numerosi corsi d’acqua del Parco sono rappresentati principalmente dallo scazzone (Cottus gobio) e dalla trota, di cui sopravvivono alcune popolazioni autoctone relitte scampate alle immissioni di esemplari destinati alla pesca.

Quasi invisibile agli occhi, ma non meno importante delle specie animali più appariscenti, è il piccolo popolo degli invertebrati: all'interno delle Aree Protette delle Alpi Marittime ne sono state censite oltre 9000 specie, di cui 50 nuove per la scienza. Un valore altissimo che testimonia l’elevata qualità ambientale del territorio.