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La presenza di habitat e di animali inseriti negli elenchi di protezione a livello comunitario fanno della Val Grande anche un importante luogo di studio.
La sua peculiarità, cioè l'attuale scarsissima antropizzazione, ne fanno un ideale laboratorio naturale dove approfondire la conoscenza dell'evoluzione naturale della vegetazione e delle comunità animali conseguente all'abbandono da parte dell'uomo dopo secoli di sfruttamento. Un finanziamento europeo rientrato in un Progetto Life ha consentito a studiosi ed esperti di avviare indagini sul territorio. Il frutto di questi primi studi, utili per la redazione del piano del Parco, ha portato all'individuazione di alcune specie di interesse a livello europeo.
Tra gli uccelli sono da indicare l'aquila reale, il falco pellegrino, il gallo forcello, il francolino di monte e il gufo reale. Degni di nota sono anche le diverse specie di picchi, fra cui il picchio nero, e alcuni Passeriformi come il luì bianco e l'averla piccola.
Gli erbivori sono presenti nel territorio del Parco con popolazioni ben strutturate come nel caso del camoscio e del capriolo. La situazione è favorevole anche per il cervo che si prevede possa diventare nei prossimi anni una presenza consolidata.
Volpe, faina, martora, tasso e donnola sono i rappresentanti più significativi tra i carnivori. Nei boschi abitano numerosi piccoli mammiferi come ghiri e topi selvatici che spesso si avvicinano ai bivacchi per approfittare di qualche avanzo lasciato dagli escursionisti.
Grazie all'abbondanza e alla qualità delle acque che scorrono impetuose nel Parco, occorre segnalare la fauna che vive nei torrenti e che da questi dipendono. Le specie più rappresentative sono la trota fario e lo scazzone accompagnate dai numerosi macroinvertebrati (larve di effimere e di tricotteri) che ne costituiscono la dieta. Non è raro l'incontro con due specie di uccelli che frequentano i grossi massi e le rive acciottolate: il merlo acquaiolo e la ballerina gialla.
La Val Grande è spesso conosciuta per la presenza della vipere, da molti temute e talvolta oggetto di racconti leggendari. Questi rettili prediligono infatti gli ambienti poco frequentati dall'uomo e ricchi di nascondigli quali cespugli e cumuli di pietre; trovano pertanto nelle aree più selvagge del Parco l'habitat adatto.
Specie di rilievo si ritrovano anche tra gli insetti, in particolare tra i coleotteri: il Carabus lepontinus vive esclusivamente sulle pendici del Monte Zeda (specie endemica), mentre la Rosalia alpina, l'Osmoderna eremita e lo Gnorimus variabilis sono compresi negli elenchi delle specie strettamente protette a livello europeo.
Pensando al territorio del Parco come un ambiente in continua evoluzione verso una situazione sempre più simile a quella originaria è importante ricordare le specie oggi estinte quali lupo, orso, lince e lontra, gatto selvatico e puzzola, per alcune delle quali è ipotizzabile in futuro un ritorno.