Εξαιρετικά πλούσια σε σχέση με άλλα νησιά εμφανίζεται και η πανίδα πανίδα της Σάμου, γεγονός που οφείλεται στα νερά , τα βουνά  και την αυξημένη βλάστηση της. Πλήθος εντόμων και αμφίβιων βρίσκουν τις κατάλληλες συνθήκες να αναπαραχθούν στα πλαίσια των συνθηκών που επικρατούν στο νησί. Συναντάμε αμφίβια όπως η Μπράσκα, ο Φρύνος, ο Μπακακάς, και ο Δενδροβάτραχος να συνυπάρχουν με διάφορα ερπετά, όπως οι Νεροχελώνες , οι Σαύρες και τα Φίδια. Η Σάμος αποτελεί καταφύγιο για διάφορα ποικιλίες ειδών που γενικότερα απειλούνται με εξαφάνιση, τόσο στη χερσαία όσο και στην θαλάσσια περιοχή της.

Στο νησί αριθμούμε 139 διαφορετικά είδη πουλιών, Θηλαστικά (όπως ο Σκατζόχοιρος, ο Λαγός και το Τσακάλι), αρκετά είδη Φιδιών (μερικά από αυτά είναι η Δενδρογαλιά, η Οχιά και ο Αστρίτης), ερπετά (όπως οι νεροχελώνες, θαλάσσιες χελώνες, και διάφορα είδη Σαυρών).

Παλιότερα οι βραχώδεις ακτές  της Σάμου φιλοξενούσαν Φώκιες της ποικιλίας Monachus-Monachus, αλλά με την πάροδο των ετών έχει επιβιώσει ένας μικρός πληθυσμός στις βορειοδυτική παραλία Σαϊτάνι, έχοντας χαρίσει στην παραλία τον χαρακτηρισμό της ως Βιολογικό Πάρκο. Οι φώκιες αλλά και τα δελφίνια δεν είχαν να αντιμετωπίσουν μόνο την ανθρώπινη παρουσία αλλά και την έλλειψη τροφής, αποτέλεσμα της υπεραλίευσης. Σημαντικό πλεονέκτημα της περιοχής που βοηθάει τις φώκιες  και τα δελφίνια να επιβιώσουν, αποτελούν οι δυνατοί άνεμοι που διατηρούν την θάλασσα σχεδόν πάντα ταραγμένη, με αποτέλεσμα την διατήρηση της τροφής τους, εφόσον οι συνθήκες καθιστούν το ψάρεμα αδύνατο. Εκτός από τη Monachus- Monachus, στη Σάμο βρίσκουν καταφύγιο μερικά ακόμη είδη προς εξαφάνιση, όπως η Σαύρα της Σάμου, το Ευρωπαϊκό “Χρυσό” Τσακάλι, και ο Χαμαιλέοντας ο Σάμιος.

Διάφορες δράσεις ερευνητών της Ομάδας Χερσαίας Έρευνας του ΑΡΧΙΠΕΛΑΓΟΥΣ λαμβάνουν μέρος στο νησί με σκοπό την ευαισθητοποίηση των κατοίκων του,  μιας και η τοπική κοινωνία κατέχει καταλυτικό ρόλο στη διάσωση του εναπομείναντα πληθυσμού του χαμαιλέοντα στο ευρύτερο Αιγαίο. Λίγες δεκαετίες νωρίτερα το αρχαίο αυτό ερπετό κατοικούσε και στην Χίο και την Κρήτη. Σήμερα επιβιώνουν και φιλοξενούνται μόνο στη Σάμο.