במהלך שנות ה־90 שינה הממשל הפדרלי את דעתו בכל הנוגע לזאבים. בהחלטה שנויה במחלוקת של שירות הדגה וחיות הבר של ארצות הברית (המפקח על המינים המצויים בסכנת הכחדה) הובאו לפארק זאבים מעמק מקנזי שבקנדה. מאמצי ההחדרה מחדש היו מוצלחים, וגודלן של האוכלוסיות נותר יציב. בסקר שנערך בשנת 2005 התברר כי בפארק שוכנות 13 להקות זאבים, ובסך הכל 118 פרטים בילוסטון ו־326 במערכת האקולוגית כולה. גודל האוכלוסייה היה קטן יותר בהשוואה לשנת 2004, אך הדבר יוחס לנדידה של זאבים לאזורים אחרים בעקבות גידול האוכלוסייה של מונטנה באותה תקופה. כמעט כל הזאבים שתועדו הם צאצאיהם של 66 זאבים שהובאו אל הפארק בין 1995 ל־1996. שיקום האוכלוסיות בוויומינג, מונטנה ואיידהו היה כה מוצלח עד ששירות הדגה וחיות הבר של ארצות הברית הציע להסיר את הזאב מרשימת בעלי החיים המצויים בסכנת הכחדה. החזרת הזאבים לפארק גרמה לשינויים משמעותיים במערכת האקולוגית. אוכלוסיית האייל הקנדי קטנה למחצית מגודלה קודם להחזרת הזאבים וכתוצאה מכך חלה התאוששות של עצי צפצפה וערבות שהאייל נהגו לכרסם. דבר דומה קרה לאוכלוסיית זאבי הערבות שהיו טורף העל קודם לכן, ולכן היוו תחרות על מזון לזאבים שנוהגים לתקוף אותם. לעומת זאת אוכלוסיות הארנבות והשועלים שהיו טרף עיקרי של זאבי הערבות גדלה.
במערכת האקולוגית ילוסטון רבתי גדלים כ־600 דובי גריזלי, וכמחציתם גדלים בתחומי הפארק. הגריזלי נחשב כמצוי בסכנת הכחדה, אך שירות הדגה וחיות הבר של ארצות הברית הכריז שבכוונתו להוציא את הגריזלי מהרשימה עבור אזור ילוסטון, אך יתקיים מעקב צמוד באזורים שבהם האוכלוסייה לא התאוששה לחלוטין. מתנגדי ההסרה מהרשימה מודאגים שמדינות ארצות הברית יתירו מחדש לצוד את הדובים, וכי יש צורך להפעיל אמצעי שימור יותר טובים על מנת להבטיח את קיומה של אוכלוסייה יציבה של דובי גריזלי.
אוכלוסיית האייל הקנדי מונה כ־30,000 פרטים, והיא האוכלוסייה הגדולה ביותר בילוסטון של יונק גדול. גודלו של העדר הצפוני הצטמק מאז אמצע שנות ה־90, והדבר יוחס לטריפה על ידי זאבים ותוצאות משניות של הטריפה כגון מעבר של האיילים לאזורים מיוערים על מנת להימנע מטריפה, ובכך הם מקשים על החוקרים לספור אותם במדויק. העדר הצפוני נודד מערבה לדרום־מערב מונטנה בחורף. העדר הדרומי נודד דרומה, ורוב האיילים הללו נודדים למקלט האיילים הלאומי, הנמצא דרומית־מזרחית לפארק הלאומי גרנד טיטון. נדידתו של העדר הדרומי היא נדידת היונקים הגדולה ביותר בארצות הברית (מלבד אלסקה).
בשנת 2003 מופו שבילים באורך של 3.2 קילומטרים שנוצרו על ידי נקבת שונר והגור שלה. החומר הצואתי ועדויות אחרות שנאספו אישרו כי מדובר בשונר. אולם, נקבת השונר לא נצפתה באופן ישיר. השונרים לא נראו בילוסטון מאז 1998, אף על פי שדגימות DNA משנת 2001 סייעו להוכיח כי השונרים לכל הפחות עוברים דרך הפארק. יונקים אחרים שכמעט ואינם נראים בפארק הם הפומה צפון-אמריקאית והגרגרן. ההשערה היא כי אוכלוסיית הפומות ברחבי הפארק מונה רק כ־25 פרטים. הגרגרן נחשב ליונק נדיר בפארק, ואין הערכות מדויקות באשר לגודל האוכלוסייה. היונקים הללו מהווים קנה מידה למידת הבריאות של האזורים המוגנים כגון ילוסטון, והם מסייעים לצוות הניהולי לקבל החלטות שיסייעו בשימור בתי הגידול שבאחריותם.
במאגרי המים של ילוסטון שוכנים 18 מיני דגים, כולל טרוטת ילוסטון ("Oncorhynchus clarki bouvieri" -זן של טרוטת קלארק) הנחשבת לדג מבוקש בקרב הדייגים. טרוטת ילוסטון ניצבה בפני מספר איומים מאז שנות ה־80, כולל החדרתו של הדג טרוטת האגמים (זן נוסף של טרוטה הנחשב למין פולש שטורף את טרוטת ילוסטון) למימיו של אגם ילוסטון. על אף שטרוטת האגם הובאה לאגמי לואיס ושושוני בשלהי המאה ה־19 במסגרת מבצעים של הממשל הפדרלי, הם מעולם לא הוחדרו באופן רשמי לאגן הניקוז של נהר ילוסטון. טרוטת ילוסטון נאלצה להתמודד עם בצורת מתמשכת, כמו גם ההחדרה בטעות של טפיל הפוגע במערכת העצבים המרכזית של הדגים הצעירים. בשנת 2001 נחקק חוק המסדיר את הפיקוח על דיג ספורטיבי במאגרי המים של ילוסטון. כמו כן, הפארק הוא בית גידול עבור שישה מיני זוחלים, כגון צבגון מצויר ועכסנים, וארבעה מיני דו־חיים.
ברחבי הפארק תועדו 311 מיני עופות, וכמחציתם מקננים בפארק עצמו. מאז 1999 תועדו בפארק 26 זוגות מקננים של עיטמים לִבני־ראש. כמו כן, ישנן תצפיות נדירות של עגורים אמריקאים, וידוע כי בהרי הרוקי מקננים שלושה פרטים של עוף זה מתוך אוכלוסייה עולמית של 385. עופות אחרים, הנחשבים למינים בעלי חשיבות עקב שכיחותם הנמוכה בילוסטון, כוללים את הצוללן הצפוני (מין עוף בסדרת הצוללנאים), ברווז ארלקינו, שלך, בז נודד וברבור מחצצר.
שריפות יער.
שרפה היא מרכיב קבוע במערכות אקולוגיות רבות, וצמחיית ילוסטון הסתגלה אליה במגוון דרכים. לאשוח דאגלס יש קליפת עץ עבה המגינה על חלקיו הפנימיים מפני רוב השריפות. אורן מפותל - שהוא מין העץ הנפוץ ביותר בפארק - מתגונן באמצעות אצטרובלים הנפתחים רק בתגובה לחום. זרעיהם מוחזקים במקום על ידי שרף קשיח, והאש גורמת להתכתו של השרף ובאופן זה הזרעים יכולים להתפזר. האש מסלקת את החומר העצי המת, ובכך מגדילה את שטח המחיה של עצי האורן. אורן לבן-קליפה ומינים אחרים נוטים לצמוח באזורים היותר קרים ולחים, היכן שפחות סביר שתתחולל שרפה. עצי הצפצפה יכולים לצמוח מחדש מהשורשים, וגם אם האש מכלה את העצים הגדלים מעל פני הקרקע, השורשים שורדים ברוב המקרים כיוון שהם מבודדים מהחום. לפי הערכה של שירות הפארקים יש שריפות באזורי הדשא של ילוסטון פעם ב־20 עד 25 שנים, ואילו ביערות שבפארק יש שריפות פעם ב־300 שנים.
הברקים מחוללים בכל שנה כ־35 שריפות יער טבעיות, ואילו שש עד עשר שריפות נוספות נגרמות על ידי האדם (בדרך כלל בגלל תאונה). בפארק יש שלוש תחנות כיבוי אש. התחנה הנגישה ביותר היא זו שבהר וושבורן, אך היא סגורה לציבור. הנהלת הפארק מפקחת על האש מהאוויר ומסתמכת על עדויות ראייה של התיירים המבחינים בלהבות. תחנות כיבוי האש מאוישות באופן כמעט רציף משלהי יוני עד אמצע ספטמבר (החלק העיקרי של עונת השריפות). השריפות העזות ביותר מתחוללות בשעות אחר הצהריים המאוחרות ובערב. רוב השריפות מכלות שטח שגודלו הוא עד כ־0.4 קילומטרים רבועים (40 הקטאר), ורובן מכלות רק 0.5 הקטאר לפני שהן מתכלות בעצמן. הפיקוח על האש ממוקד בניטור כמויות החומר העצי המת, קרקע, לחות העצים ומזג האוויר, ובאופן זה קובעים אילו מהאזורים מצויים בסכנת ההתלקחות החמורה ביותר. המדיניות הנוכחית היא לכבות את כל השריפות הנגרמות על ידי האדם ולהעריך את היתרונות והחסרונות של השריפות הטבעיות ביחס למערכת האקולוגית של הפארק. אמצעי הכיבוי מופעלים אם הוחלט כי האש מהווה סכנה מיידית לאדם או למבנים, או שהיא עשויה לצאת מכלל שליטה.
עובדי הפארק עושים פעולות נוספות מעבר לבקרה על סכנת האש, מתוך מטרה לצמצם את ההסתברות של שריפות היוצאות מכלל שליטה ומסכנות את האנשים והמבנים בפארק. שרפות מבוקרות מוצתות בתנאים שבהם הכבאים יכולים לוודא כי הן יבערו במקום ובעוצמה שהם יבחרו. שריפות טבעיות יחשבו כשריפות מתוכננות אם יתאפשר להן לבעור לבדן. בילוסטון, בניגוד לפארקים אחרים, היו מעט מאוד שריפות מתוכננות שהוצתו על ידי העובדים. אולם, במהלך שלושים השנים האחרונות התרחשו 300 שריפות טבעיות שהנהלת הפארק לא התערבה בהן. כמו כן, הכבאים מסלקים עצים מתים ונפולים וסכנות אחרות מהאזורים שבהם האש עשויה לאיים על בני האדם והרכוש, ובכך הם מפחיתים את הסכנה באזורים הללו. פקחי האש מתמודדים איתה גם באמצעות שירותי הדרכה לציבור, ובתקופות שבהן הייתה סכנה מוגברת לשריפות הם אסרו על הדלקת מדורות באתרי המחנאות. התפיסה הראשונית במדיניות ניהול הקרקעות של ארצות הברית הייתה שכל שריפות היער הן רעות. האש נתפסה ככוח הרסני, וחלקה במערכת האקולוגית לא היה מובן. כתוצאה מכך, עד לשנות ה־70, כאשר התפתחה הבנה טובה יותר של השרפה, כל השריפות כובו. מדיניות זו גרמה להצטברות באזורים מיוערים מתים וגוססים, שמאוחר יותר סיפקו דלק לשריפות קשות יותר, ובחלק מהמקרים לכאלה שלא ניתן היה לשלוט בהן. כתוצאה מכך הוכנו מספר תוכניות לפיקוח על האש, ובהן נקבע כי יש לאפשר לאש הטבעית להמשיך לבעור אם היא לא מהווה איום מיידי על החיים או הרכוש.
לאחר האביב הלח של 1988 התפשטה הבצורת ברחבי הרי הרוקי הצפוניים, וגרמה לשנה השחונה ביותר שתועדה אי פעם. דגניים וצמחים שהתפתחו היטב בתחילת הקיץ, כתוצאה מהלחות שהצטברה באביב, הפכו בסופן של דבר לחומר בעירה יבש. שירות הפארקים הלאומיים החל בפעולות על מנת למנוע את התפשטות השריפות, אך הבצורת הקשה גרמה לקשיים בהכנות לקראת השריפות. בין ה־15 ביולי ל־21 ביולי השריפות התפשטו במהירות משטח של כ־35 קילומטרים רבועים באזור ילוסטון כולו (שכלל גם אזורים מחוץ לגבולות הפארק) לשטח של כ־400 קילומטרים רבועים משטחי הפארק לבדם. השריפות יצאו מכלל שליטה לקראת סוף יולי. השריפות הגדולות בערו ביחד, וב־20 באוגוסט נשרפו כ־600 קילומטרים רבועים בילוסטון כולו. בשבע שריפות גדולות נוספות התכלו 95% מ־3,200 הקילומטרים הרבועים שנשרפו בחודשיים הבאים. בסך הכל השתתפו במאמצי הכיבוי 25,000 כבאים ואנשי צבא ארצות הברית, והעלות הייתה 120 מיליון דולר. עד שהחורף הגיע והביא עמו את השלג שסייע בכיבוי הלהבות האחרונות, השריפות גרמו להרס ב־67 מבנים ולנזק של כמה מיליוני דולרים. אף על פי שאזרחים לא נפגעו, שני אנשי צוות שהיו מעורבים במאמצי הכיבוי נהרגו במילוי תפקידם.