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Durant la saison de reproduction, les marais abritent une communauté typique des prairies naturelles humides (Bergeronnette flavéole, Tarier des prés, Pipit farlouse, Alouette des champs, Bruant des roseaux, Phragmite des joncs, Vanneau huppé, Courlis cendré). La juxtaposition de prairies fauchées et pâturées et des roselières des bords de fossés est particulièrement favorable. Le Butor étoilé, la Marouette ponctuée, le Busard cendré et le Busard des roseaux, ou la Gorgebleue à miroir recherchent pour établir leur nid des parcelles à végétation dense plus ou moins humides. Les canards s’installent en bordure des plans d’eau et des fossés, même si leur nid est souvent dans les prairies environnantes.

La Cigogne blanche construit son nid dans le bocage environnant mais se nourrit essentiellement dans le marais. Les plages de la côte Est accueillent une population importante de Gravelot à collier interrompu.

Les polders abritent des peuplements similaires mais se distinguent notamment par la présence irrégulière de limicoles nicheurs rares (Huitrier-pie, Avocette élégante, Echasse blanche).

Le très grande majorité des oiseaux nichant dans les marais désertent le site au cours de l’hiver. Certains regagnent simplement le littoral normand comme c’est sans doute le cas pour le Courlis cendré, ou le haut-pays (Alouette des champs) tandis que d’autres prennent la direction de l’Afrique (Bergeronnette flavéole, Tarier des prés, Phragmite des joncs,…).

Les landes accueillent notamment la Fauvette pitchou et l’Engoulevent d’Europe. Cette dernière espèce est également présente dans les rares bois du territoire (Bois de Limors, Forêt de St-Sauveur,…).

Enfin, l’île de Terre à St-Marcouf accueille une colonie de Goélands argentés, bruns et marins, de Cormorans (grand et huppé) et d’Aigrette garzette.

Le Parc se situe au cœur de la voie migratoire Est atlantique qui draine les oiseaux (en particulier laridés, limicoles, anatidés, colombidés, turdidés, sturnidés) nichant dans le nord de l’Europe (Scandinavie, Pologne, pays baltes, nord de la Russie et ouest de la Sibérie). Il sert de lieu d’hivernage et/ou de halte migratoire entre les sites de reproduction et les quartiers d’hivernage (zone sahélienne pour les plus lointaines).

Lors d’épisodes climatiques rigoureux dans le nord de l’Europe, le site peut également servir de refuge à certaines espèces ; par exemple en janvier 1997, plus de 10 000 Huitrier-pie ont stationné en baie des Veys (2,2 fois l’effectif moyen de ces dernières années).

Le littoral atteint régulièrement le seuil de 20 000 limicoles  en hivernage (20 500 en moyenne entre 2011 et 2017). La vie de ces oiseaux est rythmée par les marées et est partagée entre les zones de gagnage sur les estrans vaseux, à marée basse, et les reposoirs à marée haute, notamment les hauts de plage ou les mares de la Réserve Naturelle Nationale du Domaine de Beauguillot.

Le peuplement hivernal de la baie des Veys est dominé par le Bécasseau variable (29%), l'Huitrier-pie (10%), le Courlis cendré (4%) et le Pluvier argenté (4%). Celui du littoral de la Côte Est est lui dominé par le Bécasseau variable (34%), le Bécasseau sanderling (6%) et le Tournepierre à collier (5%).
Au mois de mai pour les deux entités et au mois d'août pour le littoral de la Côte Est, le Grand Gravelot représente une part importante des peuplements.

Les anatidés et foulques utilisent deux remises principales : la Réserve Naturelle Nationale du Domaine de Beauguillot et l’emprise industrielle de la tourbière de Baupte. Une majorité d’entre eux se dispersent la nuit dans l’ensemble des marais du Cotentin et du Bessin et la baie des Veys pour se nourrir. 
Au plus fort de l'hiver, le site abrite de  11 000 à 35 000 (2011-17) anatidés. Cinq espèces forment l’essentiel de l’effectif hivernant : 40% de Sarcelle d’hiver, 29% de Canard siffleur, 8% de Canard souchet, 8% de Canard colvert et 5% de Foulque macroule.
Les autres remises utilisées sont : L'ENS des marais des Ponts d’Ouve, la Réserve de Chasse et de Faune Sauvage des Bohons, les polders de la pointe de Brévands, la zone inondée de Carquebut / Beuzeville la Bastille.
Les comptages réguliers montrent que les marais de l’isthme du Cotentin constituent également une escale migratoire importante (pré et post nuptiale).

La baie des Veys et le littoral de la côte Est abrite des Eiders à duvet, Macreuses noires, Bernaches cravant et Tadornes de Belon. C’est également un lieu de stationnement important pour les laridés (dortoirs notamment) et les sternes.

Enfin, les plans d’eau intérieurs (tourbière de Baupte, Ponts d’Ouve, …) accueillent de nombreuses espèces (Grande Aigrette, Spatule blanche, guifettes, limicoles, laridés) principalement lors des escales migratoires.

Les suivis par baguage montrent également une utilisation du site par les passereaux paludicoles lors de leur migration postnuptiale (Phragmite des joncs et Phragmite aquatique notamment).