Karadeniz’de 1960’tan fazla hayvan türü bulunmuştur. Bu hayvanlar arasında, Karadeniz’in yaşam koşullarına tam olarak uyum sağlayamayacağı düşünülen birçok Akdeniz türü de bulunmaktadır.
Balıklar ve memeliler aktif olarak Marmara Denizi’nden Karadeniz’e geçmektedir. Bazıları üreme yeteneklerini koruyarak Karadeniz’de kalırken, diğerleri sadece yiyecek bulmak için bir süreliğine girmekte ve daha sonra üremek için Marmara Denizi’ne geri dönmektedir. Karadeniz’de yaklaşık 180 balık türü bulunmaktadır: uskumru, karabaş köpekbalığı, ördek, ejder balığı, büyük aslan balığı, fırtına-petrel ve üç yunus türü. Karadeniz’de 20. yüzyılın ikinci yarısına kadar nesli tükenmek üzere olan foklar da yaşamaktaydı.
Yüzemeyen planktonik deniz organizmaları akıntılarla taşınır. İstanbul Boğazı’ndaki akıntılar yoluyla getirilirler ve ardından çoğunluğu su yüzeylerine yönelir. Sonuç olarak, denizin farklı bölgelerine dağılırlar. Karadeniz’de, Akdeniz’den gelen deniz tabanı faunası giderek tüm şelf alanını kaplamaktadır.
Karadeniz’in sıcaklığı Akdeniz’e göre nispeten daha düşük olduğundan, Kuzey Atlantik kökenli türler gibi soğuk olmayı tercih eden Akdeniz sakinleri buraya yerleşmiştir. Örneğin, Karadeniz’de yaşayan deniz süngerlerinin %82,8’i Kuzey Atlantik kökenlidir ve sadece %17,2’si Akdeniz’e endemiktir.
Akdeniz faunasının yaklaşık %20’si göç etmiş ve Karadeniz’e yerleşmiştir. Günümüzde Akdeniz hayvanlarının Karadeniz’e geçişi devam etmektedir. ABD, Batı Avrupa, Japonya ve diğer kıyı bölgelerinden gelen yeni göçmen türler sürekli olarak keşfedilmektedir.
Karadeniz ekosistemi çok sayıda kabuklu deniz hayvanını barındırmaktadır. Kabuklu deniz hayvanlarının 90 kadar türü arasında ana tür Karadeniz Midyesi (Mytilus galloprovincialis) olup, yüzey kayalıklarından 50-60 metre derinliklere kadar çeşitli kayalık biyotoplarda yaşamaktadır. Bu midye, brakiyal filtresinden geçen deniz suyunun en aktif filtreleyicilerinden biridir ve midyenin beslendiği plankton ve detritusu yakalar. Karadeniz ekosistemindeki besin zincirinin açılması ve kerevit (Rapana thomasiana) gibi istilacı türlerin girişi sonucunda nüfusu ciddi şekilde azalmaktadır.
Karadeniz ekosistemi çok sayıda kabuklu deniz canlısına ev sahipliği yapmaktadır. Yaklaşık 90 kabuklu deniz canlısı türü arasında ana tür, kaya yüzeyinden 50 ila 60 metre derinliğe kadar çeşitli kaya biyomlarında yaşayan kara denizkulağıdır (Mytilus galloprovincialis). Bu midye en aktif filtreleyicilerden biridir ve bronşiyal filtresi sayesinde planktonları ve midyenin beslendiği döküntüleri yakalar. Karadeniz ekosistemindeki besin zincirinin açılması ve istilacı türlerin (Rapana thomasiana gibi) ortaya çıkması nedeniyle popülasyonu keskin bir düşüş yaşamaktadır.
Karadeniz’deki balıkların yaklaşık %17,8’i genellikle tatlı sudur ve komşu nehirlerde ürerler. Bunların arasında sazan ve dikenli takımlarının temsilcileri de vardır. Belirli bir dereceye kadar su tuzluluğuna tahammül edebilirler, bu nedenle kıyı deniz alanlarındaki besin kaynaklarını kullanmaya çalışırlar. Bazı mersin balığı ve alabalık türleri de bu kategoriye dahildir. Sonuncusu tipik deniz koşullarında yaşar, ancak üremek ve yumurtlamak için nehirlere göç ederler (anadrom türler). Bir sonraki en küçük grup (%10,7) Pontik kalıntı türü tarafından temsil edilmektedir. Bu, ringa balığı ve ördeğin bir kombinasyonudur, bazıları harip olduğu kadar karagenandır. En bol bulunan türler deniz ve okyanustan gelmektedir.
Karadeniz balıklarının %71,5’ini temsil etmektedirler. Bu grup tipik Akdeniz endemik türlerini ve yeşillikler ve minnoşlar gibi Kızıldeniz türlerini içerir. Bunların arasında semender ve pisi balığı gibi bazı Boreal-Atlantik kalıntıları da bulunmaktadır. Diğer büyüyen balıklar, hayvanların, bitkilerin ve fitoplanktonların bileşimindeki değişiklikler nedeniyle Karadeniz’de ortaya çıkan veya tanıtılan balıklardır. Bunlar son yıllarda kaydedilen küçük orkinos, yarasa balığı ve berlam balığıdır.
