VQG Xuân Thủy ước tính có 215 loài chim nước sinh sống, nhiều loài có tên trong Sách Đỏ thế giới như rẽ mỏ thìa, bồ nông, cò mỏ thìa, choi choi mỏ thìa… Ngoài ra còn có khoảng 165 loài động vật nổi và 154 loài động vật đáy, 120 loài thực vật bậc cao. Hàng năm có khoảng 100 loài chim di cư chọn nơi đây là điểm lưu trú trên đường di cư về phương Nam trú đông.

Theo phản ánh của Báo Dân Việt ngày 10/7/2011, hiện tại tình trạng mặn xâm thực đang khiến hàng chục ha phi lao, sú, vẹt… bị sóng biển đánh giập nát. Ông Nguyễn Viết Cách – Giám đốc VQG Xuân Thủy cho biết: Có khoảng 6 – 10 ha rừng bị nước biển xâm thực, trong đó khoảng 5 ha rừng phi lao bị chết trắng. Thêm nữa, so với năm 2000, mực nước đã dâng cao hơn từ 50 – 70cm, nên ảnh hưởng không nhỏ đến hệ sinh thái, đặc biệt là loài cò, rẻ, choi choi mỏ thìa… vì không có nơi trú ngụ.

Theo ông Lê Trọng Trải – chuyên gia nghiên cứu chim Việt Nam, thì số lượng chim ở VQG Xuân Thủy giảm khoảng 30 – 35% so với chục năm về trước do nạn săn bắn, đánh bẫy. Đơn cử, năm 1994 vườn có 102 con cò mỏ thìa, năm 1996 còn 75 con, năm 2010 chỉ còn 49 con.

Cùng với nạn phá rừng làm ao nuôi thủy sản, tình trạng xâm thực của nước biển và săn bắn chim đang khiến công tác bảo tồn nơi đây đang gặp nhiều khó khăn.