Рослинність заповідника виконує важливу функціональну роль у плавневих біогеоценозах і має велике кліматичне та гідрологічне значення. Значною мірою вона підтримує екологічну рівновагу в дельті Дунаю. Рослинний світ з наукового погляду — дуже важливий еталон малопорушених плавневих екосистем для розробки питань відтворення плавневих ландшафтів, які вже в багатьох дельтах річок півдня республіки зазнали значних антропічних змін.
Рослинність також відіграє величезну роль як один з основних компонентів екосистем заповідника, що забезпечує кормову базу для численних представників тваринного світу, особливо для орнітофауни.
Тваринний світ заповідника має свої характерні відмінності порівняно з навколишніми суходольними ділянками. Тут мало видів ссавців, які є типовими представниками фауни степової, зони. З копитних у плавнях Дунаю тільки дикі свині почувають себе добре і не тільки на суходолі, вони навіть влаштовуються на певний час на плавучих острівцях, де вдосталь їжі. У просторих заростях очерету водиться значна кількість видр. З інших цінних хутрових ссавців у заповіднику є також норка європейська і горностай.
У плавні часто заходять лисиці. В дуже малій кількості тут диких котів і вовків. За останні десятиріччя в дунайські плавні мігрував єнотовидний собака.
З гризунів тут чимало різних полівок. Особливо багато полівок водяних та пацюків сірих. З'явилася також ондатра, якої в довоєнні роки в дельті Дунаю не було.
Досить часто зустрічаються представники комахоїдних — їжак звичайний, землерийки, кілька видів кажанів.
Провідне місце серед хребетних у заповіднику належить птахам. Дельта Дунаю — одне з найважливіших місць відпочинку мігруючих птахів. Саме тут пролягають п'ять найважливіших маршрутів перелітних птахів, тому весною і восени вона стає справжнім царством птахів.
У Кілійському гирлі дуже багато видів промислово-мисливських та інших корисних для народного господарства птахів: багато з них представлені значною кількістю особин. Таке зосередження видів птахів в УРСР спостерігається лише на окремих ділянках Чорноморського заповідника.
З водоплавних птахів гніздяться і зимують у районі заповідника багато представників з ряду гусиних, починаючи з лебедя-шипуна, який зрідка і тепер в невеликій кількості гніздиться в найбільш важкодоступних, віддалених від селищ куточках, і закінчуючи чисельними видами качок. Велика цінність заповідника в тому, що тут в значній кількості ще гніздиться гуска сіра.
Найбільш масові серед промислово-мисливських птахів крижні, качка сіра (нерозень) та чернь білоока (чорнушка). Нерозень—найпоширеніший з усіх качок. Оселяється найчастіше на значних відкритих просторах стоячої води і на узбережжі моря та солоних лиманів. У заповіднику немало лисок. На глухих важкодоступних водоймах у значній кількості гніздиться представник ряду норців — норець сірощокий.
З куликів найпоширеніші шилодзьобка, чайки (чибіси), дерихвости — лучний і степовий. Численними є зуйки. У невеликій кількості трапляється ходуличник—вид, занесений до Червоної книги Української РСР. З мартинів у заповіднику досить поширений мартин звичайний, водяться крячки: чорний, білокрилий і річковий.
З дрібних співочих птахів є синиця вусата, очеретянки (8 видів), вівсянка очеретяна та ін. З воронових — багато ворон сірих і сорок, у невеликій кількості крук.
У заповіднику гніздиться багато представників голінастих, які досить часто тут утворюють мішані великі й малі колонії. Особливо багато чапель великих і малих білих, .чимало чапель жовтих, звичайних сірих, є квак, бугайчик і бугай, коровайка. Єдине місце гніздування колпиці на Україні — це пониззя гирла Дунаю.
З ряду веслоногих тут гніздяться баклани великий і рідше малий. Прилітають з румунської частини дельти на годівлю пелікани — рожевий і кучерявий, але в заповіднику вони не гніздяться.
У дельті Дунаю трапляються деякі види хижих птахів. Удень орлани, луні, яструби і шуліки чорні, кібці та деякі інші, а вночі їх змінюють сови. З видів, занесених до Червоної книги Української РСР, тут бувають на гніздуванні поодинокі пари орлана-білохвоста, а під час перельотів — беркут, могильник, скопа, підорлик великий.
Акваторія заповідника — важливе місце зимівлі на території УРСР, в основному водоплавних птахів. Восени і взимку тут перебуває близько 20 видів тільки качиних птахів, які гніздяться не тільки в УРСР, а й по всій європейській частині Союзу РСР. Особливо багато в цей час крижнів, шилохвостів, свищів, чирків-тріскунків і чирків-свистунів, деяких видів черні та ін.
На зимівлі можна побачити великі зграї лебедів-шипунів, лебедів-кликунів і навіть зрідка поодинокі особини лебедя малого, який сюди прилітає з тундрової зони європейської частини СРСР. Зимують тут і такі рідкісні птахи, як гуска велика білолоба і гуска мала білолоба, гуменник, а останнім часом у невеликій кількості червоно-вола казарка, вид, занесений до Червоної книги СРСР.
Усього на зимівлі буває понад 120 видів птахів, які належать до 16 рядів. Але особливо багато птахів під час весняних і осінніх перельотів. У цей час спостерігається близько 150 видів птахів, які належать до 18 рядів.
Характер місцевості, географічне положення, кліматичні умови, різнорідність біотопів і багатство кормової бази створюють надзвичайно сприятливі умови для життя земноводних, їх тут 9 видів. В єриках, протоках чимало тритонів — звичайних і гребінчастих. Добре почувають себе кумка звичайна, ропуха зелена. На піщаних ділянках зустрічаються часничниця звичайна, а на лучних — жаба гостроморда. Добре почувають себе, а їх тут багато, жаби озерна і ставкова. Усюди на кущах і навіть на очереті багато квакш.
Плазуни представлені сімома видами. Досить численна черепаха болотяна. Ящірки в невеликій кількості. З двох підвидів ящірки прудкої найчастіше зустрічається прудка південна, досить рідко — ящірка чорноморська прудка. Цей підвид поширений на піщаному узбережжі уздовж Чорного моря від Дунаю до Кінбурнської коси, але після освоєння піщаних пляжів стає дедалі рідкісним. Ще рідше в заповіднику можна побачити ящірку кримську. Рідкісним, зникаючим видом є піщана ящірка, яка в минулому була' поширена по всій береговій території дельти Дунаю. У значній кількості є вужі — звичайний і водяний. Дуже рідко трапляються гадюка степова й мідянка. Вважають, що вони сюди потрапили випадково, були занесені в плавні водами Дунаю.
Водойми в гирлі Дунаю, його численні канали, єрики, протоки і озера та вся узбережна акваторія заповідника багаті на рибу (майже 100 видів). Найбільш цінні осетрові. Деякі з них — осетр чорноморський, севрюга, білугата осетр звичайний — заходять у Дунай на нерест, тоді як стерлядь живе тут постійно. У невеликій кількост водиться цінний вид лососевих—дунайський лосось.
Мільйони окунів, лящів, коропів, карасів та інших видії відгодовуються у водоймах плавнів Дунаю. Багато ту щук, сомів та інших хижих видів риб. Великими кося ками йде на нерест у Кілійське гирло оселедець дунай ський. У кути заходять на відгодівлю косяки кефалі та деякі інші морські риби. Водойми дельти переповнен ракоподібними, які є кормом для птахів і риб, а деяк види (рак річковий) мають промислове значення.
Район заповідника, що має багаті теплові ресурсі і підвищену зволоженість, являє собою оптимальну з; умовами територію на півдні республіки, де живуть без хребетні, їх налічується тут близько 10 тис. видів. Дужі важливо й те, що кількість особин деяких видів без хребетних у заповіднику в кілька разів перевищує щіль ність їх на суміжних територіях. Так, кількість тількі жуків жужелиць на узбережних ділянках місцями досягаї до 300 особин на один квадратний метр.З безхребетних серед кільчастих черв'яків тут велин скупчення на мілководдях утворюють поліхети — основи;їжа багатьох видів куликів. Чимало видів олігохет, п'явої та ін. Багато тут також різних молюсків.
Але найбільше, звичайно, комах. Тут їх налічується близько 4600 видів. Основну масу становлять двокрилі мокриці—17 видів, мошки—5, куліциди—13, ґедзі— ЗО, а також інші кровососи. У величезних кількостям виплоджуються метелики, веснянки, комарі-дзвінці, жуки водолюби та інші, що є складовою частиною кормової бази мисливсько-промислових тварин.
У заповіднику наукові працівники проводять певну роботу біогеоценологічного та екологічного характеру
Заповідник Дунайські плавні входить до Міжнарод ного Списку найважливіших водно-болотних угідь, голов ним чином як місць оселення рідкісних птахів.