A diversidade faunística do Pantanal é bastante rica, ocorrendo pelo menos 264 espécies de peixes, 652 de aves, 102 de mamíferos, 177 de répteis e 40 de ambíbios. A fauna é, em grande parte derivada do cerrado, com influências amazônicas. Um dos aspectos mais interessantes é a alta densidade de várias espécies dos grandes vertebrados brasileiros, não encontrada em nenhum outro lugar do continente.
A grande diversidade do pantanal está associada ao regime das inundações que mantém grandes áreas alagadas por períodos que variam entre 6 a 12 meses. Muitos vertebrados invadem a planície na estação seca para explorar a abundância de alimento depositada criada pelas enchentes. Animais migratórios chegam ao Pantanal durante a época de cheias para reprodução e procura de abrigo. O ciclo das inundações determina a disponibilidade de áreas secas e inundadas que, por sua vez, influência a distribuição sazonal das diversas espécies. Com a dinâmica de subida e descida do nível das águas, espécies generalistas são favorecidas em detrimento daquelas muito especializadas. Isso possivelmente é um dos fatores que tentam explicar os baixos números de grupos endêmicos do Pantanal.
Os peixes representam o grupo mais bem estudados do reino animal no Pantanal. Os pulsos de cheia e vazão do pantanal teriam selecionado ao longo do tempo a ocorrência de uma ictiofauna composta por organismos r-estrategistas, de grande mobilidade, adaptados para a variação no nível de oxigênio da água e altamente sazonais.
A riqueza ictiológica observada no rio Paraguai se deve à grande quantidade de lagoas e baias existentes na época das cheias do Pantanal. Como se sabe, os peixes necessitam deste tipo de ambiente para a reprodução, e assim utilizam esta região com um centro de procriação.
A pesca no Pantanal, no entorno da EE de Taiamã, é concentrada nos organismos carnívoros e frugívoros que podem ser pescados com anzol, como por exemplo: Pintado (Pseudoplatystoma corruscans), Pacu (Piaractus mesopotamicus), Pacupeva (Mylossoma orbignyanum), Piranha (Serralmus sp.), Cachara (Pseudoplatystoma fasciatum), Pintado (Pseudoplatystoma corruscans), Jaú (Paulicea lutkemi), Dourado (Salminus maxillosus), entre outros.
Em função da decomposição da matéria orgânica nas baias e corixos com batume (plantas flutuantes), o cheiro de gás sulfúrico é fortemente acentuado. As concentrações de oxigênio nesse período são baixas, resultando em condições desfavoráveis para os peixes. No Pantanal, o fenômeno da "diquada" ou "dequada", ocorre nos meses de cheia, ocasionando a mortandade dos peixes, como bagres e pintados. Quando do início da cheia, as águas das bacias com batume saem para os rios, matando boa parte da fauna. Na ESEC de Taiamã, a "dequada" costuma ocorrer com maior impacto na porção sul da UC.
Dentre os principais répteis encontrados na Estação destaca-se o jacaré (Caiman crocodilus yacare). A temperatura é uma variável ambiental que tem papel fundamental na história de vida dos crocodilianos, determinando muitas características destes. A temperatura de incubação dos ovos determina o sexo dos embriões do jacaré-do-Pantanal, bem como tem efeito no desenvolvimento embrionário e na sobrevivência dos ovos. Os jovens recém-eclodidos são maiores em ninhos mais quentes do que em ninhos frios, e têm mais chances de sobreviver nos seus habitats naturais. Os 
crocodilianos são animais ectotérmicos, que regulam suas temperaturas corporais através do
ambiente. A temperatura do corpo dos crocodilianos é regulada pelos mecanismos comportamentais
e fisiológicos, e pode ser ajustada através de radiação solar e temperatura da água. O padrão de termorregulação dos jovens de Caiman crocodilus yacare normalmente é de se expor ao sol, quando na terra, na superfície da água, nas margens dos lagos e sobre a vegetação aquática, nas primeiras horas da manhã e no final da tarde. São encontrados com frequência também na ESEC a sucuri (Eunectes notaeus), o teiú (Tupinambis teguixin) e a iguana (Iguana iguana).
Dentre os mamíferos da região da estação destacam-se: a capivara (Hydrochoerus hydrochaeris), o maior roedor atualmente vivo, chegando a medir 1,30 metros de comprimento; a ariranha (Pteronura brasiliensis), o maior carnívoro semi-aquático da América do Sul, vivendo em grupos sociais com estrutura familiar de 5 a 9 membros, é considerada um espécie "em perigo" pela IUCN e "vulnerável" pela classificação do IBAMA, 2003; o bugio (Alouatta caraya), animal social que vive em bandos de sete indivíduos em média, sendo o macho escuro e a fêmea e os jovens mais claros. O grupo é liderado pelo macho mais velho, chamado de capelão. Estes organismos possuem uma vocalização característica, que pode ser ouvida a até 500 metros de distância; o Cervo-do-pantanal (Blastocerus 
dichotomus), maior cervídeo da América do Sul, pesa em média 100 quilogramas. Possui membranas entre os dedos das patas, o que o torna adaptado aos terrenos alagáveis típicos do Pantanal. Os indivíduos desta espécie encontrados na Estação Ecológica de Taiamã constituem a única população viável de Cervo-do-pantanal existente em uma área protegida do Brasil, são considerada sob perigo de extinção pelo IBAMA; e a Onça pintada (Panthera onca), maior felino das Américas, e possuidora da mordida mais potente entre todos os felinos, é uma espécie que apresenta comportamento solitário, e que normalmente está associada a cursos d'água. Seu tamanho varia conforme a região, sendo que a subespécie do Pantanal (chegando a atingir 150 quilos) são mariores que as onças-pintadas que habitam a Amazônia. São animais territorialistas. É considerada espécie vulnerável segundo a lista dos animais em extinção do Ibama, 2003.
