Med sin beliggenhed mellem internationalt vigtige overvintringsområder er Femern Bælt hjemsted for en række fuglehabitater langs med vigtige trækruter. Kysterne er også vigtige yngleområder for et antal kystfuglearter. Femern Bælts økosystem undergår for tiden forandringer, som påvirker fuglehabitaterne, ikke mindst på grund af den globale opvarmning.

På grund af de lavvandede områders betydning for de overvintrende vandfugle er adskillige af disse områder beskyttet i både Tyskland og Danmark. Det gælder bl.a. NATURA 2000-områderne i den østlige del af Kielbugten og i Østersøen, øst for Wagrien og Rødsand. Flere områder langs Slesvig-Holstens kyst og i Rødsand syd for Lolland er hjemsted for vigtige bestande af ynglende kystfugle, især terner og måger.

Havfugle
Femern Bælt og det omliggende hav er karakteriseret ved store forskelle i saltholdighed, og sammen med de vidstrakte, lavvandede områder giver det fuglene mulighed for at finde rigelige mængder af føde. Vandfuglene forekommer primært i områder med vanddybder under 25 m.

Femern Bælt-området rummer et relativt stort antal arter af vandfugle, inklusive toppet lappedykker, edderfugl, sortand, havlit, troldand og toppet skallesluger. De forekommer regelmæssigt og i stort antal. Ynglende vandfugle forekommer i mindre omfang, selv om der er nationalt betydningsfulde kolonier af terner og måger i områder nær Fehmarn og Rødsand.

Ikke kun omfanget men også strukturen af den ikke-ynglende vandfuglebestand er særdeles afhængig af Femern Bælts økosystemer. Graden af saltholdighed i bæltet er af særlig betydning for ikke-ynglende kolonier af vandfugle, som udviser et fald i antallet af edderfugle og en stigning i antallet af havlit i takt med reduceret saltholdighed. Det er en direkte konsekvens af den sæsonbestemte iltmangel, som påvirker muslingerne, der tjener som føde for vandfuglene.

Trækfugle
Femern Bælt er et knudepunkt for trækfugle på grund af sin centrale beliggenhed mellem Skandinavien og det europæiske kontinent, og mellem Østersøen og Nordsøen. Farvandet virker derfor som en flaskehals for landfugletræk, og en væsentlig del af Skandinaviens ynglende fugle passerer her.

Et stort antal almindelige og beskyttede fuglearter trækker gennem området. Da de fleste land- og vandfugle på træk mellem Østersøen og Nordsøen passerer Jylland via Kielbugten og Eckernförde Bugt, går disse træk over Femern Bælt. En væsentlig del af bestanden på trækruterne består af knortegås, bramgås, edderfugl og sortand. Den faste forbindelse vil løbe parallelt med landfuglenes trækrute, men på tværs af vandfuglenes ruter.

Landfugle
Yngleområderne omkring forbindelsens landfæster er domineret af landbrugsland, og de fuglearter, som er almindeligt forekommende i Nordslesvigs og Syddanmarks landbrugsområder er bl.a. sanglærke, gulspurv og vibe, som yngler på Fehmarn og Lolland, samt omkring landfæsterne. Udenfor ynglesæsonen kan man se flokke af grågås og sædgås, som raster og fouragerer på markerne.