Für viele Tiere ist ein dunkler Nachthimmel lebenswichtig. Tagaktive Tiere werden in ihren Ruhephasen gestört. Nachtaktive Tiere haben Sehorgane, welche auf Nachtbedingungen eingestellt sind. Oder sie brauchen die Dunkelheit, um sich an Mond und Sternen orientieren zu können.
Das Verhalten von Fledermäusen ändert sich durch künstliche Beleuchtung. Sie verlassen später ihre Behausung verlassen und kommen morgens früher zurück. Die dadurch verkürzte Zeit für Jagd und Nahrungsaufnahme führt zu Entwicklungsdefiziten bei den Jungtieren.
Die Orientierung von Zugvögeln ist durch Lichtverschmutzung stark beeinträchtigt. Der für die Navigation wichtige Sternenhimmel und das natürliche Magnetfeld der Erde werden von den künstlichen Lichtquellen, die oft dazu noch hohe Blauanteile im Spektrum haben, beeinträchtigt. Mit der Folge, dass Zugvögel, aber auch andere Vögel, die hell erleuchtete Objekte anfliegen, sich dabei verletzen oder sogar getötet werden.
Eine besonders große Gefahr ist die Lichtverschmutzung für Seevögel wie Albatrosse und Sturmvögel. Vor allem Jungvögel sind betroffen. Deren erster Flug findet nachts statt. Eigentlich fliegen sie hinaus aufs Meer, wo sie den Rest des Jahres verbringen. Die Lichter von Küstenstädten und Häfen locken sie jedoch zurück an Land, wo sie erschöpft landen und so Opfer von Katzen, Hunden oder Autos werden. 2013 berechnete ein Forscherteam, dass allein in Nordamerika jährlich fast sieben Millionen Vögel durch Kollisionen mit beleuchteten Funktürmen getötet werden. In Deutschland sterben Millionen an beleuchteten Fenstern.
Einige Fischarten wie Lachse und Aale verharren während ihrer Wanderschaft zu Laichgründen an hell ausgeleuchteten Brücken welche Barrieren bilden und erreichen so verspätet oder sogar gar nicht ihr Ziel.
Frisch geschlüpfte Meeresschildkröten finden nicht ins Meer, weil die Beleuchtung der Strandpromenade die Helligkeit der Spiegelung des Mondes und der Sterne auf der Wasseroberfläche, nach der sie sich üblicherweise orientieren, übertrifft.
