Die Thülsfelder Talsperre ist wegen des hohen Nährstoffgehaltes des Soestenwassers sehr fischreich und gehört zur sogenannten "Brasswasserregion". Brassen (oder Brachsen) ist hier die typische und häufigste Fischart. Außerdem kommen noch 145 weitere Fischarten in der Thülfelder Talsperre vor. Um den Fischbestand zu regulieren, ist das Angeln unter bestimmten Auflagen am Ostufer erlaubt. Häufiger kommen noch Rotaugen, Güster, Hecht, Aal und Zander vor. Seltener sind Welse, Aland, Rotfeder, Schleie, Gründling, Karpfen sowie Fluß-und Kaulbarsch