九段沙及其临近水域历史上有记录的水生哺乳动物共14种，其中包括鲸目的须鲸亚目3种，齿鲸亚目10种，食肉目的鳍足类1种。这些种类均为国家级保护动物。九段沙水域曾经为水生哺乳动物的重要栖息地 长须鲸、布氏鲸、小须鲸、抹香鲸、柏氏中喙鲸、虎鲸、伪虎鲸、糙齿海豚等8种为大洋性分布的种类，在九段沙及临近水域历...史上都有分布的记录。中华白海豚、太平洋斑纹海豚、瓶鼻海豚、江豚等4种为沿海分布的种类，有时也到大的江河下游觅食；江豚可在整个长江中下游水域生活；白鳍豚是淡水豚类。只有江豚在九段沙水域具有丰富而稳定的种群；瓶鼻海豚和斑海豹历史上也有多次发现。因此，九段沙湿地自然保护区的保护重点应是江豚。