发利用以及河口环境污染等具有密切的关系，是长江河口湿地生态系统环境状况的重要指标性物种，对湿地生态环境状况监测具有重要的意义。
　　底栖动物
　　在九段沙湿地自然保护区共记录到底栖动物130种，涵盖了已发现的长江河口湿地中的大型与小型底栖动物的98%。底栖动物资源具有以下特点：
　　具有长江河口湿地底栖动物的典型代表性 按分布区域划分，在上沙记录到潮间带大型底栖动物18种，中沙23种，下沙22种。数量以下沙最为丰富，达到每平方米6291个。物种排列丰度曲线表明中沙与下沙物种多样性没有显著差异，但它们的多样性均高于上沙。各沙洲潮间带大型底栖动物数量与种类均以软体动物最多，甲壳动物次之，接着为环节动物。尽管保护区底栖动物的物种种类较少，但是却具有很高的密度。其组成和特点反映了长江河口湿地底栖动物生物多样性的特征，具有长江河口湿地底栖动物的典型代表性。
　　大型底栖动物的多样性高于崇明东滩 按生境类型划分，在藻类盐渍带记录到大型底栖动物10种，海三棱藨草带(稀)记录到17种，海三棱藨草带(密)记录到22种，互花米草群落中记录到21种，芦苇群落中记录到11种。藻类盐渍带与芦苇群落的大型底栖动物的生物多样性比其它三种生境低。自然保护区大型底栖动物物种数、密度、各项α生物多样性指数以及软体动物的密度受到生境特征的显著影响。对九段沙和崇明东滩潮间带大型底栖动物生物多样性的比较表明，九段沙大型底栖动物的生物多样性要高于崇明东滩(种类多，密度大)。
　　对长江口底栖动物资源的可持续利用具有十分重要的意义 底栖动物作为生态系统中的次级生产者，为鱼类、鸟类、大型无脊椎动物等提供了丰富的食物资源。自然保护区是中华绒螯蟹长江种群的产卵场所，同时又地处主要渔业对象安氏白虾和脊尾白虾的核心区，三疣梭子蟹的重要栖息场所。该区域几乎涵盖了长江口全部主要经济无脊椎底栖动物，并地处这些底栖动物分布的核心位置。
　　可见，上海九段沙湿地自然保护区是目前长江口湿地中底栖动物生物多样性最具原生性的地点，该自然保护区的建立对长江口底栖动物资源的可持续利用具有十分重要的意义。
　　鱼类资源
　　　九段沙水域是长江河口地区鱼类区系最具代表性的区域 九段沙水域已记录到的鱼类有128种，隶属于18目48科。其中鲈形目占鱼类总数的33.6%，鲤形目占12.5%，鲱形目占8.6%，鲀形目占7.0%，软骨鱼类占3.9%，其他13目共占38.3%。在所有的48科鱼类中，鲤科占11.7%，鰕虎鱼科占10.9%，鲀科占7.0%，鲱科和银鱼科各6.3%；石首鱼科占5.5%；其他42科共占52.3%。九段沙水域的河口性鱼类和近海鱼类各约占30％，淡水鱼类约占20％，沿岸性鱼类约占10％，过河口性产卵的洄游鱼类接近10％。鱼类区系处于长江下游至东海鱼类区系的过渡类型，具有河口鱼类区系的显著特色，九段沙比崇明东滩更具河口鱼类区系的代表性。
　　极大多数鱼类是以底栖生物和有机碎屑为食 九段沙水域几乎没有以浮游植物为主要食物的鱼类，以鱼类为食的凶猛性鱼类也仅有龙头鱼、长蛇鲻、鲈和小带鱼等几种。极大多数鱼类是以底栖生物和有机碎屑为食，如鰕虎鱼类、弹涂鱼类、舌鳎科鱼类以及长吻鮠、鲻等。另外，也有较多种类以浮游动物为主要食物，如银鱼科、鲱科的鱼类等。
　　复杂易变的水流和盐度支配着除河口性鱼类以外的大多数九段沙鱼类的分布。每当春季气候转暖时，在外海越冬的沿岸性鱼类陆续回到九段沙的沿岸浅水区索饵、繁殖和肥育。稍后，在5~10月的长江丰水期，平时生活在长江中下游的淡水鱼类也陆续下降至九段沙一带生活。同时，平时生活在离岸较远海区中的近海鱼类，也可随海流到九段沙一带索饵。因此，春末至秋中是九段沙鱼类物种丰富度最高的时节。相反，在冬季的长江枯水期，除了一些河口性鱼类，其它生态类型的鱼类很稀少。另外，除了某些河口性和洄游性鱼类，在九段沙不同水域本身也存在鱼类区系上的差异。在上沙鱼类区系组成中，鲤形目和鲇形目鱼类等淡水鱼类相对较多；而中沙和下沙鱼类区系中，沿岸性和近海鱼类相对较多。
　　自然保护区会影响到整个长江的鱼类区系，对保护东海北部和黄海南部沿海的渔业资源也具有重要意义 九段沙鱼类区系的组成和特点具有长江河口性鱼类区系的显著特征，具有很强的河口代表性。与我国东部其他河口性湿地的鱼类区系相比，九段沙鱼类区系不仅自身具有显著特色，同时也包涵了其他许多南方和北方河口区种类。其鱼类区系中还包含着我国著名珍稀鱼类中华鲟、白鲟、花鳗、胭脂鱼、松江鲈等国家级重点保护野生动物，保护对象具有明显的稀有性。九段沙不仅为长江河口的所有河口性鱼类提供了适宜的生境，也为长江的许多淡水鱼类、东部沿海的沿岸鱼类和近海鱼类等提供了理想的索饵场所，同时也为长江8种江海洄游性鱼类提供了必需的洄游通道。因此，自然保护区所产生的巨大作用不仅仅局限于长江河口本身，还会影响到整个长江的鱼类区系，对保护东海北部和黄海南部沿海的渔业资源也具有重要意义。同时，该自然保护区可以为河口湿地鱼类区系的演替、为鱼类生态学和保护生物学在各个层次上的演变研究提供良好的场所，同时也对监测长江流域的生态环境状况，研究长江流域大型水利工程对长江口鱼类的影响等具有独特的指示作用。因此，具有极高的科研潜力。
　　鸟类资源
　　上海九段沙湿地自然保护区目前记录到的鸟类共计9目21科113种。其中以鸻形目和雀形目的鸟类为主，分别占种类总数的31.9%和31.0%。主要鸟类生态类群包括涉禽、游禽、鸣禽等。其中有8种国家二级保护鸟类，有6种鸟类被列入中国濒危动物红皮书。根据九段沙的植被状况和自然环境特征，鸟类栖息地可分为芦苇群落、海三棱藨草群落、互花米草群落、光滩和水域五种类型。其中光滩和水域是湿地鸟类最重要的栖息地。
　　鸟类区系具有古北界和东洋界鸟类的双重特征： 从九段沙鸟类的区系组成来看，该区域的鸟类以古北界鸟类为主，古北界的鸟类种数占60.2%；古北界鸟类主要由旅鸟和冬候鸟组成。但是如果从九段沙的繁殖鸟类(留鸟和夏候鸟)来看，东洋界鸟类占繁殖鸟类种数的53.4%，从九段沙繁殖鸟类的区系组成来看，东洋界鸟类占绝对的优势。这种情况表明，九段沙位于古北界和东洋界的过渡区域，该区域的鸟类具有古北界和东洋界鸟类的双重特征。
　　九段沙在鸟类的保护上具有重要意义： 由于九段沙形成历史较短，植被结构简单，因此目前九段沙的鸟类种类较少，但鸟类的数量较大。九段沙所在区域既是我国东部候鸟迁徙路线的中点，也是候鸟东亚-澳大利亚迁徙路线的中点。每年迁徙季节，大批候鸟在此停歇，补充食物和能量，以完成长距离的迁徙。因此，该区域是鸟类顺利完成长距离迁徙所需的重要中转站。另外，九段沙也是鸟类重要的越冬地。因此，九段沙是迁徙鸟类完成其完整的生活史过程所必不可少的栖息地。另外，九段沙有7种涉禽的数量达到国际重要湿地的标准，在湿地生态系统的保护上具有国际意义。由于九段沙为长江河口湾区域，乃至我国沿海区域少有的基本保持了原生湿地生态系统特征的区域，人类活动的干扰较少，丰富的底栖动物可为鸟类提供充足的食物，因此九段沙可为鸟类的栖息提供了优越的条件。
　　九段沙湿地自然保护区在鸟类保护上具有巨大的潜在价值： 受长江流域大型水利工程的影响，近年来，长江入海泥沙量逐渐减少。但九段沙在较长的时间内将仍然保持继续淤长的趋势。随着滩涂面积的不断增加，九段沙将为湿地鸟类提供更为广阔的栖息地。同时，滩涂的淤长也将使九段沙植被群落类型更加多样化，可为更多的鸟类提供优越的栖息环境。因此，未来九段沙鸟类的种类和数量都将不断增加，九段沙在湿地鸟类的保护上具有巨大的潜在价值。
　　水生哺乳动物
　　九段沙及其临近水域历史上有记录的水生哺乳动物共14种，其中包括鲸目的须鲸亚目3种，齿鲸亚目10种，食肉目的鳍足类1种。这些种类均为国家级保护动物。
　　九段沙水域曾经为水生哺乳动物的重要栖息地： 长须鲸、布氏鲸、小须鲸