Desde antiguo, el embalse de Santillana ha sido reconocido como un importante enclave para la invernada de aves acuáticas.

Sin embargo, la ausencia de vegetación palustre en el embalse dificulta seriamente la nidificación. De todas las especies acuáticas, es el grupo de las anátidas el más abundante.

Existen gran variedad de especies.
Son también observables otras especies como la cerceta común, el ánade rabudo, el somormujo lavanco, el zampullín chico, etc.

Por un lado se observan los llamados "patos de superficie" como el ánade azulón, el pato cuchara, el ánade friso y el pato colorado. Estas especies se caracterizan porque alzan el vuelo fácilmente sin carrera y se sumergen sin bucear, como si fuesen una boya flotante. Se alimentan de animales invertebrados y algas superficiales que capturan filtrando el agua a través de su pico.
Lo normal es que todas las anátidas compartan el mismo espacio y aparezcan reunidas en grandes bandos, aunque para desplazarse forman grupos monoespecíficos.

Por otro lado están los "patos buceadores", como el porrón moñudo, que levantan el vuelo después de una larga carrera y se sumergen completamente en el agua, hasta el fondo, donde consiguen su alimento.

Otras aves acuáticas comunes son la focha, el cormorán grande o la gaviota reidora que acude aquí para dormir y durante el día se desplaza a los basureros cercanos en busca de comida.