急峻な山地は少なく、自然のアカマツやコナラの群落やスギの人工林などで覆われており、瀬と淵が連続する渓谷部には、ヤマセミ、カワガラスなどの鳥類が見られます。土岐、多治見の盆地部では、市街地の中心を流下し、河岸にはツルヨシ群落が見られ、アカザやカワヨシノボリなどが生息しています。
魚類は、カワヨシノボリやアカザが生息し、アブラハヤ、ドンコ等が上流部でのみ確認されています。
底生動物は、カゲロウ類やトンボ類をはじめ、トビケラ類といった渓流の流水環境を好む水生昆虫が生息しています。
植物は、河岸が渓流となっているために岩場が発達し、ネコヤナギ群落やカワラハンノキ群落等の渓畔林が見られます。斜面部にはコナラ群落等の二次林やスギの人工林が広く分布しています。また、水際部には、流路が蛇行していることから礫河原が広く形成され、ツルヨシ群落等が広がっています。
鳥類は、周辺に広がる樹林地環境を反映してヤマセミやカワガラス等の渓流性の種、アオゲラ等の山地性の種が多く生息しています。水際部の礫河原ではイカルチドリやセキレイ類等が多数生息し、冬季にはオシドリが多く見られます。しかし、多治見市付近では市街地内を流れることから、人里周辺に生息するツバメやスズメの個体数が顕著に多く見られます。なお、新土岐川橋はイワツバメの集団繁殖地になっています。
両生類・爬虫類・哺乳類は、樹林地が水際より連続しているためカジカガエルやニホンリス、ヒメネズミ等が生息しています。
陸上昆虫類は、高水敷の草地ではカメムシ目やテントウムシ科、バッタ目が多く生息しています。しかし、周辺環境を反映して樹林地に生息するコウチュウ目やチョウ目も多く見られます。