Les falaises constituent un haut-lieu de la migration post nuptiale des oiseaux. De septembre à novembre, entre 500 000 et 1 million d’oiseaux défilent le long des falaises de Carolles, par vent de sud. Ils s’y reposent, se nourrissent dans la lande de bruyères, les bois ou sur les grèves. Les six espèces majeures : le Pinson des arbres, l’Étourneau sansonnet, le Pipit farlouse, l’Alouette des champs, l’hirondelle et la Linotte mélodieuse. Les falaises sont également un site exceptionnel pour les papillons qui se nourrissent de feuilles de chênes, saules, fougères... En automne, la Belledonne migre vers le sud. Sous les épines des ajoncs, la Fauvette pitchou protège son nid.
Les falaises de Carolles-Champeaux sont classées zone ZNIEFF 1 (secteur de grand intérêt biologique ou écologique) et font partie des sites d’intervention du Conservatoire du Littoral.