鳥類では、コハクチョウが流れの緩い開けた場所をねぐらとして利用しています。また、日野川河口には砂州が発達しており、砂地に営巣して、集団で繁殖するコアジサシも見られます。
魚類は、河口付近でサヨリやヒラメ、スズキといった海水魚が生息しているほか、カマキリ(アユカケ)、サケ・マス、アユもたくさん海から遡上してきます。中流域ではオヤニラミや、山陰地方ではめずらしいアカヒレタビラといった希少な種も生息しています。さらに上流域では、ヤマメなどの冷水に生息する種が見られます。
昆虫類は、河口の砂地に生息するヒョウタンゴミムシをはじめ、中流から上流ではヤナギ林に生息するコムラサキやノコギリクワガタのほか、ゲンジボタルやハグロトンボなどが確認されています。希少種としては下流から中流のイネ科草地に生息するギイチモンジセセリや中流から上流に生息するアオハダトンボなどが確認されています。