Το Εσωτερικό Αρχιπέλαγος του Ιονίου Πελάγους παρουσιάζει υψηλή οικολογική αξία λόγω της παρουσίας σημαντικού αριθμού ειδών θαλάσσιας μεγαπανίδας, όπως δελφίνια, θαλάσσιες χελώνες και μεσογειακές φώκιες, καθώς και της ύπαρξης εκτεταμένων λιβαδιών Ποσειδωνίας (Posidonia oceanica). Σύμφωνα με την Οδηγία 92/43/ΕΟΚ για τους οικοτόπους, η μεσογειακή φώκια αποτελεί είδος προτεραιότητας, ενώ η P. oceanica χαρακτηρίζεται ως οικότοπος προτεραιότητας. Η ιδιαίτερη μορφολογία της περιοχής, με την παρουσία πολυάριθμων βυθισμένων σπηλαίων, δημιουργεί κρίσιμους βιότοπους αναπαραγωγής για τη μεσογειακή φώκια, ένα από τα πιο απειλούμενα θαλάσσια θηλαστικά της Μεσογείου, το οποίο έχει χαρακτηριστεί ως Κινδυνεύον (EN) στην Κόκκινη Λίστα της IUCN.

Η περιοχή αποτελεί τμήμα ευρύτερης «Σημαντικής Περιοχής για τα Θαλάσσια Θηλαστικά» (IMMA), φιλοξενώντας είδη όπως ο ζιφιός, η πτεροφάλαινα, το κοινό δελφίνι και το κοινό ρινοδέλφινο. Παράλληλα, στο παρελθόν φιλοξενούσε σημαντικό μόνιμο πληθυσμό κοινού δελφινιού, ο οποίος κατέρρευσε σε λιγότερο από μία δεκαετία λόγω της υπεραλίευσης της σαρδέλας και της κατάρρευσης του αποθέματος. Στην περιοχή απαντώνται δύο είδη θαλάσσιων χελωνών, η καρέτα καρέτα και η πράσινη χελώνα, ενώ έχει χαρακτηριστεί και ως «Σημαντική Περιοχή για τα Πουλιά» (IBA), φιλοξενώντας θαλάσσια πελαγικά είδη όπως ο Μύχος, οι Αρτέμιδες και ο Ευρωπαϊκός θαλασσοκόρακας. Επιπλέον, το Εσωτερικό Αρχιπέλαγος του Ιονίου έχει αναγνωριστεί ως «Περιοχή Ενδιαφέροντος» για καρχαρίες και σαλάχια, συμπεριλαμβανομένων δύο ειδών βαθύβιων καρχαριών και του Κινδυνεύοντος (EN) Διαβολόψαρου.