Todavía es posible encontrar nutrias en el curso del Tajo, así como en algunos de sus afluentes.

Entre los mamíferos que habitan en el entorno del Tajo, destaca especialmente el lince ibérico. Este felino, considerado el más amenazado del planeta, con una población mundial de poco más de 200 ejemplares, se localiza en algunas áreas del Parque Nacional de Monfragüe, así como en la zona fronteriza entre España y Portugal.

El lobo ibérico, en el pasado muy abundante en las zonas de influencia del río, visita ocasionalmente sus riberas, procedente de parajes próximos, caso de la Sierra de San Pedro, en la provincia de Badajoz.

La nutria, el mamífero de hábitat acuático más representativo de la fauna ibérica, aparece en los afluentes menos contaminados del río, como el Alberche y el Tiétar. Pero también en el propio Tajo, a la altura de Aranjuez (Madrid), en los carrizales y sotos de sus riberas.

Además de estas tres especies, el río sirve de corredor biológico a diferentes poblaciones de gato montés, musgaño, rata de agua, turón e, incluso, visón americano, especie exógena introducida involuntariamente en la Península Ibérica desde ciertas granjas peleteras.

El capítulo de los mamíferos se completa con el zorro, el jabalí, el venado o el tejón, que se refugian preferentemente en el Parque Natural del Alto Tajo. A ellos se añaden el conejo, la musaraña, el erizo y la garduña