Av ville dyr på Tjøme finnes blant annet elg, rådyr, rev, grevling og ekorn. Dessuten kan mink sees både i skogen og på holmer og skjær. Tjøme er også kjent for et usedvanlig rikt insekt-liv – svært mange arter er funnet for første gang i Norge her og mange er fortsatt bare kjent fra Tjøme. Særlig Sandø, Hvasser og Moutmarka i den søndre enden av Tjøme er kjent for sin rike insektfauna. Innenfor et lite område i det søndre delen av kommunen ble rundt to tredjedeler av alle arter av sommerfugler kjent fra Norge funnet. Tjøme er også rik på biller og tovinger. Den fredede rødlistearten blodigle finnes i Tjømes innsjø, Kynna.