Từ năm 2011, các nhà khoa học của tổ chức BirdLife[3] và sau này là Trung tâm Bảo tồn thiên nhiên Việt (VietNature)[4] đã tiến hành trên 50 đợt điều tra thực địa, phần lớn trong số đó là chương trình đặt bẫy ảnh. Kết quả đã thống kê sơ bộ được 357 loài động vật có xương sống trên cạn; trong đó: 76 loài thú, 214 loài chim và 67 bò sát ếch nhái.[6]

Các nhà khoa học đang thiết lập máy bẫy ảnh tự động để điều tra động vật tại tiểu khu 516 thuộc Khu DTTN Động Châu - Khe Nước Trong

Bảng Thành phần loài động vật có xương sống Khu dự trữ thiên nhiên Động Châu - Khe Nước Trong

Bộ	Số Loài	IUCN[7]	SĐVN[8]	CITES[9]	NĐ 06[10]	Nguồn số liệu cập nhật đến 2020
Thú	76	22	26	14	28	Trung tâm Bảo tồn Thiên nhiên Việt[4]
Chim	214	7	9	7	12	Trung tâm Bảo tồn Thiên nhiên Việt[4]
BSEN	214	7	9	7	6	Trung tâm Bảo tồn Thiên nhiên Việt[4]
Tổng	357	39	44	28	46

Tổng số 76 loài thú đã ghi nhận ở Khu dự trữ thiên nhiên Động Châu - Khe Nước Trong Trong có tất cả các loài thú đặc trưng cho vùng Bắc Trường Sơn đã ghi nhận được thông qua khảo sát trực tiếp hoặc kết quả bẫy ảnh. Các loài này bao gồm: Khỉ mặt đỏ, Khỉ đuôi lợn, Chà vá chân nâu, Vượn siki, Thỏ vằn, Tê tê java, Gấu ngựa, Mang trường sơn, Mang lớn, Saola, Sơn dương vv... Trong số các loài này có nhiều loài đang bị đe dọa tuyệt chủng ở cấp cao nhất (CR) như Mang lớn,Tê tê java, Chà vá chân nâu, Vượn siki và Sao la.

Các nhà khoa học đang đặt máy ghi âm tự động để điều tra âm sinh học tại Khu DTTN Động Châu - Khe Nước Trong

Khu hệ chim của Động Châu - Khe Nước Trong đặc trưng cho vùng chim đặc hữu đất thấp miền trung (Annamese lowland)[11]. Đã điều tra được 214 loài chim ở khu vực. Ghi nhận 4 trong số 7 loài là những loài phân bố  hẹp  ở  vùng chim đặc hữu, bao gồm các loài: Trĩ sao, Khướu mỏ  dài, Chích chạch má xám và Khướu má xám. Các loài đang bị  đe dọa  ở  cấp toàn cầu như Gà lôi lam mào trắng (CR) và Đuôi cụt bụng đỏ (VU), Trĩ sao (EN)[12][13] trong đó loài Gà lôi lam mào trắng chỉ  ghi nhận qua phỏng vấn thợ săn địa phương. Với nhiều nỗ  lực điều tra bằng phương pháp bẫy ảnh, nhưng cho tới thời điểm hiện tại các chuyên gia vẫn chưa ghi nhận được ảnh của loài Gà lôi lam mào trắng trên thực địa.