L'area è stata riconosciuta di valore internazionale ai sensi della convenzione di Ramsar per la porzione valliva (248 ha), in particolare quale habitat per gli uccelli acquatici e possiede eccezionali potenzialità per la sosta e nidificazione di moltissime specie di uccelli propri delle zone umide. Nell'intero sito Natura 2000 sono state infatti segnalate almeno 271 specie di avifauna.
La Valle Cavanata svolge specialmente il ruolo di area di rifugio e di roost per molte specie di Anatidi e Limicoli, cacciabili e non. In tale sito, la gestione naturalistica ed i ripristini ambientali effettuati negli anni hanno favorito la presenza e la nidificazione di specie di interesse comunitario come la Sterna (Sterna hirundo), Fraticello (Sterna albifrons), Fratino (Charadrius alexandrinus), Cavaliere d'Italia (Himantopus himantopus), Falco di palude (Circus aeruginosus). L'area soggetta a marea (banco della Mula di Muggia) rappresenta invece uno dei siti più importanti in Italia per lo svernamento di Fischione (Anas penelope), Chiurlo maggiore (Numenius arquata), Piovanello pancianera (Calidris alpina), Pivieressa (Pluvialis squatarola), Pittima minore (Limosa lapponica). Per quanto riguarda i mammiferi ed i rettili Nella zona è relativamente frequente Puzzola (Mustela putorius) , comuni o molto comuni Tartaruga palustre europea (Emys orbicularis), Raganella (Hyla intermedia) e Biscia tassellata (Natrix tessellata). Per quanto riguarda l'ittiofauna è interessante la presenza di specie eurialine quali Aphanius fasciatus, Knipowitschia panizzae e Pomatoschistus canestrinii; questi ultimi due sono endemici dell'Alto Adriatico. Sui fondali a Cymodocea nodosa del banco della Mula di Muggia vi è la presenza di una densa popolazione di Pinna nobilis ed ai limiti del sito ci sono alcune stazioni di Branchiostoma lanceolatum tipico dei fondi sabbiosi con correnti di fondo. Negli immediati dintorni sono stati più volte avvistati diversi cetacei, fra i quali Tursiops truncatus, Grampus griseus e Stenella coeruleoalba. Nel sito è presente anche una popolazione ridotta di Salicornia veneta.