Trong những năm 2007 – 2010 đã tiến hành 12 đợt điều tra với 135 ngày thực địa. Đã lập danh lục 89 loài thuộc 27 họ, 10 bộ thú. Trong đó có 30 loài trong Sách Đỏ Việt Nam (2007), 71 loài trong Danh lục Đỏ IUCN (2009), nhưng chỉ 18 loài có giá trị bảo tồn cao; 30 loài trong Nghị định 32/2006/NĐ-CP. Bộ Gặm nhấm (Rodentia) đa dạng nhất với 31 loài, bộ Ăn thịt (Carnivora) 21 loài, Dơi (Chiroptera) 15 loài, Guốc ngón chẵn (Artiodactyla) 7 loài, Linh trưởng (Primates) 9 loài, trong đó có Chà vá chân xám (Pygathrix cinerea), loài đặc hữu, rất quí hiếm của Việt Nam và thế giới. Độ phong phú các quần thể thú ở Trà Bồng không cao: 7 loài bị tuyệt diệt địa phương, 20 loài rất hiếm, 27 loài ít, 36 loài trung bình. Những tác động của con người và quản lý yếu kém là nguyên nhân làm tài nguyên thú rừng ở Trà Bồng bị suy giảm nghiêm trọng.
