Khu dự trữ thiên nhiên Động Châu – Khe Nước Trong là căn nhà của Voọc chà vá chân nâu (tên khoa học là Pygathrix nemaeus).

Đây là loài linh trưởng đặc hữu quý hiếm, được xếp hạng gguy cấp trong Sách đỏ Việt Nam và Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN), hiện chỉ sinh sống tại khu vực Đông Dương.

Chim Hồng Hoàng (tên khoa học là Buceros bicornis hay tên gọi khác là Phượng hoàng đất), loài này có tên trong sách đỏ Việt Nam và sách đỏ của IUCN, được xếp vào bậc bị đe dọa, cận nguy cấp. Hồng hoàng sinh sống trong các khu rừng của Ấn Độ, Đông Nam Á và miền nam Trung Quốc, chúng cũng là một phần trong văn hóa và nghi lễ của một số các bộ lạc địa phương.

Gà lôi hông tía (tên khoa học là Lophura diardi) là một loài quý hiếm, nằm trong Sách đỏ Việt Nam, Danh lục đỏ IUCN và Sách đỏ Chim Châu Á.

Loài này chỉ phân bố ở Đông Dương, với bộ lông có nhiều màu sắc sặc sỡ, nên chúng thường bị săn trộm để đem về làm cảnh, vì thế số lượng ngày càng giảm.

Tê tê Java (tên khoa học là Manis javanica) là loài nguy cấp quý hiếm thuộc nhóm IB. Sự sống còn của loài này đang bị đe doạ khi nhiều người cho rằng thịt tê tê là một là thực phẩm cao cấp, và vảy được dùng như một loại thuốc quý ở Châu Á.

Nhiều loài hươu, nai quý hiếm cũng được phát hiện và bảo tồn trong Khu dự trữ thiên nhiên Động Châu – Khe Nước.

Bò tót Đông Nam Á (tên khoa học là Bos gaurus laosiensis) là một phân loài của loài bò tót được ghi nhận ở vùng Đông Nam Á. Đây là phân loài bò tót có tầm vóc to lớn nhất, một con đực to có thể cao tới 2,2 m và nặng trên 2 tấn trong đó, loài bò tót ở Việt Nam là một trong những loài bò tự nhiên to nhất thế giới.

Khu dự trữ thiên nhiên Động Châu – Khe Nước Trong cũng có sự xuất hiện của gà lôi trắng (tên khoa học là Lophura nycthemera), một trong những giống gà quý hiếm nằm trong sách đỏ và thuộc vào loại “cực đẹp” ở Việt Nam. Trên thế giới, loài gà này phân bố ở Nam Trung Quốc, Mianma, Thái Lan, Lào, Campuchia.