Khu vực rừng Cao Muôn và Cà Đam có nhiều núi cao hiểm trở, có độ cao trên 1.000m so với mặt nước biển như núi Cao Muôn (cao 1.085m), núi Cà Đam (cao 1.413m). Với sự phức tạp về địa hình, địa mạo, cùng với những ảnh hưởng sâu sắc của khí hậu nhiệt đới gió mùa tạo cho khu vực nghiên cứu phong phú về sinh cảnh, là tiền đề cho sự phong phú về hệ động vật. Quá trình điều tra, nghiên cứu ghi nhận 1.115 loài động vật, đặc biệt là sự có mặt của nhiều loài động vật quý hiếm có tên trong Sách Đỏ Việt Nam, 2007; Nghị định 32/2006/NĐ-CP; CITES, 2011; IUCN, 2011. Với kết quả đó phần nào nói lên tính đa dạng và phong phú về động vật của hai vùng rừng Cao Muôn và Cà Đam của tỉnh Quảng Ngãi.
Rừng Cao Muôn và Cà Đam có điều kiện tự nhiên khá tương đồng nhau. Mặc dù vậy, rừng Cà Đam có tính ĐDSH cao hơn rừng Cao Muôn. Dân cư tập trung quanh rừng Cà Đam thưa thớt, chủ yếu là đồng bào dân tộc ít người Hrê. Trong khi đó, rừng Cao Muôn chỉ cách trung tâm thị trấn Ba Tơ 5km, mật độ tập trung dân cư cao. Do vậy, rừng Cà Đam ít chịu sự tác động của con người, nên tính ĐDSH của rừng Cà Đam cao hơn rừng Cao Muôn. Tuy nhiên, số loài đã được ghi nhận cũng mới chỉ là kết quả điều tra bước đầu, kỳ vọng có thể còn nhiều loài động vật còn tiềm ẩn trong bức rèm xanh huyền bí ở rừngCao Muôn và Cà Đam.
- Về thú rừng, cả hai vùng rừng nghiên cứu đều xuất hiện với số lượng nhiều các loài: lợn rừng, nai, hoẵng, nhím, đặc biệt là sự có mặt các loài thú có giá trị dược liệu gồm: gấu, tê tê, khỉ, cầy hương. Theo điều tra trong nhân dân khoảng 5 năm về trước ở Trà Thủy (huyện Trà Bồng) còn có voi xuất hiện phá nương rẫy của đồng bào, nhưng hiện nay không còn tồn tại ở vùng này.
- Về chim, có các loài như Gà rừng, Gà gô, Cu gáy, Vẹt đầu hồng, Vẹt ngực đỏ, Diều hâu, Khướu các loại...
Đầu thập niên 2000 - 2011, ở miền núi Quảng Ngãi (Ba Tơ và Trà Bồng) vẫn còn xuất hiện nhiều các loài thú như: hổ, hoẵng, heo rừng, gấu, tê tê, các loài rùa núi. Ở xã Ba Nam (huyện Ba Tơ) có loài Rùa núi vàng (Indotestudo elongata) sống ở các khe suối, đây là loài rùa được người Trung Quốc mua với giá đặc biệt cao, có thể lên đến 10 lượng vàng 1 con nặng 1 - 1,5kg. Nhiều người đổ xô đi bắt loại rùa này bán để kiếm lời, đến nay looài rùa này gần như tuyệt chủng.
Hiện nay do áp lực sinh kế và nhu cầu đời sống ngày càng lớn nên cư dân mà chủ yếu là đồng bào dân tộc sống ở vùng đệm của rừng Cao Muôn và Cà Đam đang săn bắt trái phép, săn bắt trộm các động vật rừng. Với giá trị của các loài động vật rừng đặc biệt là các loài động vật quý hiếm được xếp hạng đang là món hàng có giá trị của các đầu nậu, chúng thuê cư dân bản địa hoặc trực tiếp săn bắt với hình thức tận diệt nên số lượng các loài động vật giảm xuống trầm trọng.
Để bảo vệ các loài động vật hoang dã, lực lượng kiểm lâm của Chi cục kiểm lâm Quảng Ngãi và lực lượng Hạt kiểm lâm của 2 huyện Ba Tơ và Trà Bồng luôn tổ chức những đợt tuần tra, vây bắt những nhóm săn bắt và buôn bán trái phép các loại động vật hoang dă. Tính đến tháng 8/2011 kiểm lâm Quảng Ngãi (mà chủ yếu là trên địa bàn Ba Tơ và Trà bồng) đã tịch thu 3 cá thể động vật hoang dã, quý hiếm, gồm: 2 cá thể rùa và 1 cá thể mèo rừng, 172,1kg thịt heo rừng, chồn, rùa, rắn, thu nộp vào ngân sách nhà nước trên 1,6 tỷ đồng.