Περισσότερα από 1960 είδη ζώων έχουν βρεθεί στη Μαύρη Θάλασσα. Τα ζώα αυτά περιλαμβάνουν πολλά μεσογειακά είδη που θεωρείται ότι δεν μπορούν να προσαρμοστούν πλήρως στις συνθήκες διαβίωσης της Μαύρης Θάλασσας.
Τα ψάρια και τα θηλαστικά μετακινούνται ενεργά από τη Θάλασσα του Μαρμαρά προς τη Μαύρη Θάλασσα. Ορισμένα από αυτά παραμένουν σε αυτήν, διατηρώντας την ικανότητά τους να αναπαράγονται, ενώ άλλα εισέρχονται μόνο για ορισμένο χρονικό διάστημα για να βρουν τροφή και στη συνέχεια επιστρέφουν πίσω στη Θάλασσα του Μαρμαρά για να αναπαραχθούν. Υπάρχουν περίπου 180 είδη ψαριών στη Μαύρη Θάλασσα: σκουμπρί, καρχαρίας με μαύρα άκρα, πάπια, δράκος, μεγάλο λεοντόψαρο, καταιονόψαρο και τρία είδη δελφινιών. Μέχρι το δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, στη Μαύρη Θάλασσα ζούσαν επίσης φώκιες μοναχοί που βρίσκονταν στα πρόθυρα της εξαφάνισης.
Οι πλαγκτονικοί θαλάσσιοι οργανισμοί που δεν μπορούν να κολυμπήσουν μεταφέρονται από τα ρεύματα. Εισάγονται μέσω των ρευμάτων του πορθμού του Βοσπόρου, μετά από τα οποία η πλειονότητα κατευθύνεται προς τις υδάτινες επιφάνειες. Ως αποτέλεσμα, διασκορπίζονται σε διάφορα μέρη της θάλασσας. Στη Μαύρη Θάλασσα, η πανίδα του βυθού που φθάνει από τη Μεσόγειο καταλαμβάνει σταδιακά ολόκληρη την περιοχή της υφαλοκρηπίδας.
Καθώς η θερμοκρασία της Μαύρης Θάλασσας είναι σχετικά χαμηλότερη από εκείνη της Μεσογείου, οι κάτοικοι της Μεσογείου που προτιμούν το κρύο έχουν εγκατασταθεί εκεί, όπως τα είδη που προέρχονται από τον Βόρειο Ατλαντικό. Για παράδειγμα, μεταξύ των θαλάσσιων σπόγγων που ζουν στη Μαύρη Θάλασσα, το 82,8% είναι βορειοατλαντικά και μόνο το 17,2% είναι ενδημικά της Μεσογείου.
Περίπου το 20% της μεσογειακής πανίδας έχει μεταναστεύσει και εγκατασταθεί στη Μαύρη Θάλασσα. Σήμερα, η διέλευση των ζώων της Μεσογείου στη Μαύρη Θάλασσα συνεχίζεται. Ανακαλύπτονται συνεχώς νέα είδη μεταναστών από τις ΗΠΑ, τη Δυτική Ευρώπη, την Ιαπωνία και άλλες παράκτιες περιοχές.
Το οικοσύστημα της Μαύρης Θάλασσας φιλοξενεί πολλά οστρακοειδή. Μεταξύ των 90 περίπου ειδών οστρακοειδών, το κυριότερο είδος είναι το μύδι της Μαύρης Θάλασσας (Mytilus galloprovincialis), το οποίο κατοικεί σε μια ποικιλία βραχωδών βιοτόπων από επιφανειακούς βράχους έως βάθη 50-60 μέτρων. Αυτό το μύδι είναι ένας από τους πιο δραστήριους διηθητές του θαλασσινού νερού που περνάει από το βραγχιακό φίλτρο του, παγιδεύοντας πλαγκτόν και φερτά υλικά με τα οποία τρέφεται το μύδι. Ο πληθυσμός του έχει μειωθεί σημαντικά ως αποτέλεσμα του ανοίγματος της τροφικής αλυσίδας στο οικοσύστημα της Μαύρης Θάλασσας και της εισαγωγής χωροκατακτητικών ειδών όπως η καραβίδα (Rapana thomasiana).
Το οικοσύστημα της Μαύρης Θάλασσας φιλοξενεί πολλά καρκινοειδή. Μεταξύ των περίπου 90 ειδών οστρακοειδών, το κυριότερο είδος είναι το μαύρο αβαλάκι (Mytilus galloprovincialis), το οποίο ζει σε διάφορα βραχώδη βιότοπα από την επιφάνεια των βράχων έως βάθη 50 έως 60 μέτρων. Αυτό το μύδι είναι ένας από τους πιο δραστήριους διηθητές .Μέσω του βρογχικού του φίλτρου παγιδεύει πλαγκτόν και συντρίμμια από τα οποία τρέφεται το μύδι. Λόγω του ανοίγματος της τροφικής αλυσίδας στο οικοσύστημα της Μαύρης Θάλασσας και της εισαγωγής χωροκατακτητικών ειδών (όπως η Rapana thomasiana), ο πληθυσμός του μειώνεται απότομα.
Περίπου το 17,8% των ψαριών στη Μαύρη Θάλασσα είναι συνήθως γλυκού νερού και αναπαράγονται σε γειτονικούς ποταμούς. Ανάμεσά τους βρίσκονται εκπρόσωποι των τάξεων του κυπρίνου και του αγκαθωτού. Μπορούν να ανεχτούν έναν ορισμένο βαθμό αλατότητας του νερού, οπότε προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν τις πηγές τροφής στις παράκτιες θαλάσσιες περιοχές. Ορισμένα είδη οξύρρυγχου και πέστροφας ανήκουν επίσης σε αυτή την κατηγορία. Οι τελευταίοι ζουν σε τυπικές θαλάσσιες συνθήκες, αλλά για να αναπαραχθούν και να γεννήσουν αυγά μεταναστεύουν σε ποτάμια (αναδρομικό είδος). Η αμέσως μικρότερη ομάδα (10,7%) εκπροσωπείται από τον ποντιακό τύπο των υπολειμματικών ειδών. Πρόκειται για ένα συνδυασμό ρέγγας και πάπιας, μερικά από τα οποία είναι καραβίδες καθώς και χαρίπες. Τα πιο άφθονα είδη προέρχονται από τη θάλασσα και τον ωκεανό.
Αντιπροσωπεύουν το 71,5% των ψαριών της Μαύρης Θάλασσας. Η ομάδα αυτή περιλαμβάνει τυπικά ενδημικά είδη της Μεσογείου και είδη της Ερυθράς Θάλασσας, όπως οι πρασινοκέφαλοι και οι μινώες. Ανάμεσά τους βρίσκονται και ορισμένα από τα βορειοατλαντικά λείψανα, όπως η φώκια και η φλογέρα . Άλλα αναπτυσσόμενα ψάρια είναι ψάρια που έχουν εισαχθεί ή έχουν εμφανιστεί στη Μαύρη Θάλασσα λόγω αλλαγών στη σύνθεση των ζώων, των φυτών και του φυτοπλαγκτού. Πρόκειται για μικρούς τόνους, νυχτερίδες και μπακαλιάρους που καταγράφονται τα τελευταία χρόνια.
