Tjøme-naturen inneholder mange sjeldne fuglearter, som blant annet rørsanger, sivsanger og sothøne. Andre arter er nattergal, fuglekonge, gjerdesmett, spurveugle, flaggspett, grønnspett, svartspett og hønsehauk. Gravand, Norges største and, hekker i våtmarksområdet Kolabekkilen og kan observeres i stort antall. Der hekker også gråhegre. Andre sjøfugler er blant annet tjeld og ærfugl. Det er ellers en stor mengde måker og andre, vanlige arter.