Der Naturraum ist ein international herausragendes Gebiet für Brutvögel der offenen Hochmoor-, Heide- und Feuchtwiesenlandschaften. So sind im mittleren und östlichen Naturraumteil über 40 gefährdete Brutvogelarten heimisch, die in der Roten Liste der Vögel Niedersachsens als gefährdete, stark gefährdete oder vom Aussterben bedrohte Vogelarten geführt werden. Einige von ihnen kommen hier in so großer Anzahl und Dichte vor, dass weite Teile des Naturraumes – vor allem die Hochmoore und Feuchtwiesengebiete – aus vogelkundlicher Sicht von nationaler und sogar internationaler Bedeutung sind.
Zu den auffälligsten Arten zählen Kranich, Rotschenkel, Bekassine, Großer Brachvogel, Kiebitz, Schwarzkehlchen, Raubwürger, Neuntöter, Ortolan, Heidelerche, Krickente, Löffelente, Wiesenweihe und Ziegenmelker.
Mittlerweile ist der Naturraum einer der größten Rastplätze für Kraniche in Europa. In den wiedervernässten Hochmooren nächtigen im Frühjahr bis zu 15.000 und während des Zuges im Herbst bis zu 100.000 Kraniche gleichzeitig.
Beispiel Avifauna: 1 - Großer Brachvogel (Numenius arquata), 2 - Kiebitz (Vanellus vanellus) und 3 - Rotschenkel (Tringa totanus).
Im Hochmoor überleben sehr anspruchsvolle Arten, für die es nährstoffarm und nass sein muss. Viele gefährdete Rote-Liste-Arten kommen nur hier vor. Aber auch können einige Pflanzen hier wachsen, weil das Moor früher entwässert wurde.
Torfmoose (Sphagnum-Arten) sind die wichtigsten Pflanzen im Hochmoor. Sie werden auch als die Baumeister der Moore bezeichnet. Nur bei guten Moor-Wasserständen wächst das Torfmoos unbegrenzt, während untere Teile absterben und nicht vollständig zersetzt werden – Torf entsteht.
Die Moosbeere (Vaccinium oxycoccos) ist eine unscheinbare kleine Pflanze mit langen Ranken, die auf dem Moos liegen. Sie wächst nur im Hochmoor und hat rote Früchte.
Das Scheidige Wollgras (Eriophorum vaginatum) ist eine der Pionierpflanzen bei der Renaturierung von zuvor abgetorften Mooren. Die feuchtigkeitsliebende Pflanze kommt halbwegs gut mit jahreszeitlich schwankenden Wasserständen zurecht.
Das Weiße Schnabelried (Rhynchospora alba) ist sehr selten und streng geschützt. Es wächst nur in nassen Vertiefungen (Schlenken) und in den Schwingrasen der Hochmoore.
Die Diepholzer Moorniederung bietet ebenfalls Lebensraum für zahlreiche gefährdete Reptilien wie Schlingnatter (Coronella austriaca), Kreuzotter (Vipera berus) und Mooreidechse (Lacerta vivipara, Syn.: Lacerta vivipara) - Amphibien wie Moorfrosch (Rana arvalis), Kamm-Molch (Triturus cristatus) oder die Kreuzkröte (Bufo calamita) sind nachgewiesen.
Viele seltene Libellen wie die Mosaikjungfer, aber auch Käfer, Tag- und Nachtfalter, Heuschrecken und Hautflügler/Wildbienen finden hier geeignete Lebensräume.
Die Mosaikjungfer (Aeshna subarctica elisabethea) ist eine bedeutende Libellenart der Moore.