U špiljama žive brojne životinje, isključivo ili dio vremena. Troglobiti — ne treba ih brkati s trogloditima — su životinje koje cijeli život žive u mračnom dijelu špilja, troglofili su životinje koje se ponekad javljaju izvan špilje, ali uglavnom duboko u njoj, a troglokseni su životinje koje su sposobne preživjeti unutar špilja ali se uglavnom nalaze izvan njega, poput izumrlih špiljskih medvjeda. Stigobiti su životinje koje se nalaze u podzemnim vodama unutar ili između špilja. Pravi troglobiti nemaju funkcionalne oči. Njihove oči mogu biti vestigalne, prekrivene ispod sloja kože. Ekskluzivne špiljske životinje nazivaju se kavernikuloznim.
Neke životinje koje žive u špiljama su daždevnjaci, špiljska zmija štakora, mnoge ribe, šišmiši i brojni člankonošci, uključujući kukce, stonoge, žetelice, rakove, repove, pauke itd. Manja fauna je brojna jer su njihove energetske potrebe manje nego velike životinje, a uključuju špiljske anelide, pijavice, mekušce, grinje, itd. Mnogi troglobiti imaju spor metabolizam kako bi objasnili oskudicu hrane u špiljama.
Životinje koje provode puno vremena u špiljama s vremenom razvijaju ekskluzivne prilagodbe kako bi preživjele u ekstremnom okruženju, kao što je bolji sluh nauštrb vida ili sposobnost osjećanja delikatnih vibracija. Mnoge životinje koje žive u špiljama gube svoj pigment, postajući sablasno bijele, što je signalna uloga pigmentacije u beskorisnoj u mrklom mračnom okruženju. Nedostatak funkcionalnih očiju također je popraćen proširenjem udova i antena kod insekata, koji se koriste za ispitivanje okoliša taktilnim sredstvima. Pravi špiljski kukci također imaju smanjena ili odsutna krila.
Okoliš špilje odlikuje se negativnim karakteristikama: nepostojanjem razlike između noći i dana, ljeta ili zime. Postoji mala promjena u temperaturi ili vlažnosti, iako hladne struje zraka teku kroz većinu špilja. Hrana može doći samo izvana, bilo živa, u obliku životinja koje traže utočište, ili mrtva, organskim materijalom koji se unosi kroz potoke. Gljive se hrane ovom organskom tvari, a brojne životinje se zauzvrat hrane gljivama. Leptire koji hiberniraju u špiljama često jedu skakavci, koje pak jedu šišmiši.
Mnoge špiljske životinje endemične su za špilju u kojoj se nalaze, a koja se u nekim slučajevima može prostirati samo na nekoliko četvornih milja. Vjerojatno postoji mnogo više špiljskih životinja koje čekaju da budu otkrivene.