La fauna italiana annovera pochi mammiferi strettamente legati alle zone umide. Il più specializzato è certamente la Lontra, ma purtroppo questa specie è scomparsa dalla Val di Chiana da oltre mezzo secolo. Sono invece ancora presenti due piccoli roditori poco conosciuti: l’Arvicola acquatica (Arvicola anphibius) e il Topolino delle risaie (Micromys minutus). Quest’ultimo è il topolino più piccolo d’Europa e l’unico ad aver sviluppato la coda prensile come adattamento alla vita sulle alte erbe di canneti e prati umidi. Inoltre è presente anche il Toporagno acquatico e la Donnola. Tra gli ungulati, anche se difficilmente avvistabili durante il giorno, è un buon numero di cinghiali e caprioli.

Nella Riserva vive anche la Faina, l’Istrice, il Riccio, il Tasso e, da alcuni anni, si ha la presenza del Lupo. Qui un mammifero vola anche  in cielo, dato che nella Riserva prolifica indisturbato il Vespertilio di Daubenton (Myotis daubentonii), un piccolo pipistrello che frequenta vari ambienti, purché prossimi alle zone umide, che utilizza come aree di caccia. Fra le sue prede ci sono anche piccoli pesci, che cattura in volo sulla superficie dell’acqua.