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Durch seine exponierte Lage, die weiten Teilen des Wallis ein Steppenklima beschert, besitzt das Wallis eine eigene Flora und Fauna. Es ist eine eigene kleine Welt, isoliert vom Rest der Schweiz. Bei den grösseren Tieren des Wallis ist das Mufflon (Ovis gmelini) zu erwähnen. Von diesem Wildschaf existiert im Wallis die einzige Wildpopulation in der Schweiz, sie findet sich in den Südtälern des französischsprachigen Wallis. Daneben gibt es Populationen aller anderen Grosssäuger der Alpen (Hirsch – Cervus, Steinbock – Capra ibex, Gämse – Rupicapra, Reh – Capreolus, Wolf – Canis lupus und Luchs – Lynx). Der Bär (Ursus arctos) ist ab 2018 sporadisch im Wallis aufgetaucht. Es handelte sich um wandernde Bären aus der Population im italienischen Trentino, auf der Suche nach neuen Territorien, keiner ist bisher im Wallis geblieben. Auf der Südseite des Simplonpasses liegt das Ossola-Tal an dessen Osthand der Nationalpark Valle Grande liegt. Sobald die Bären auch den Park Valle Grande dauerhaft besiedeln, womit in Kürze zu rechnen ist, werden Bären auch im Wallis öfters auftreten.

Bei den Vögeln leben im Wallis die einzigen Populationen der Alpenkrähe (Pyrrhocorax), die Populationen sind auf wenige hundert Tiere geschrumpft. Seit wenigen Jahren nisten im Sommer auch Bienenfresser (Merops apiaster) im Gebiet des Pfynwaldes. Dieser mediterrane Vogel erweitert sein Sommerhabitat durch die Klimaerwärmung laufend nach Norden. Bei dem gewöhnlichsten Vogel des Wallis, dem Sperling (Spatz – Passer), muss man genau hinschauen: es gibt Feld-, Haus- und Italiensperling. Der Italiensperling (Passer italiae) kommt nördlich der Alpen sonst nicht vor. Erfolgreich angesiedelt wurde der Bartgeier (Gypaetus barbatus), er nistet inzwischen in verschiedenen Tälern. Weitere endemische Vögel im Wallis sind die Blaumerle (Monticola solitarius), der Ortolan (Emberiza), und gelegentlich wird der Schlangenadler (Circaetus) gesichtet.

Bei den Amphibien ist das Wallis als Trockenzone eher artenarm. Zu erwähnen ist, dass der einst weit verbreitete gewöhnliche Wasserfrosch (Pelophylax lessonae) ausgestorben ist. Er wurde durch den wesentlich grösseren, eingeschleppten Seefrosch (Pelophylax ridibundus) verdrängt – fast alle Wasserfrösche im Wallis sind Seefrösche. Im Rhonedelta findet sich der italienische Laubfrosch (Hyla intermedia), welcher nur südlich der Alpen auftritt. Feuersalamander (Salamandra) gibt es im Wallis nur auf der Südseite des Simplonpasses, um Gondo. Bei den Molchen ist nur der Bergmolch (Ichthyosaura alpestris) bis ins Oberwallis vorgestossen.

Bei den Reptilien findet man im Unterwallis als südliche Spezialitäten die Zornnatter (Hierophis viridiflavus)und die Aeskulapnatter (Zamenis longissimus), welche bis ins Oberwallis zu finden ist. Daneben finden sich auch die Schlingnatter (Coronella), Ringelnatter (Natrix) und Aspisviper (Vipera aspis). Die Walliser Viper ist nicht besonders zu fürchten, Bissunfälle sind selten. Bei der Ringelnatter findet sich die südliche Art (Natrix helvetica), die nördliche Ringelnatter (Natrix natrix) findet sich in der Schweiz nur in der Bodensee-Region. Bei den Eidechsen ist die leuchtend grüne Smaragdeidechse (Lacerta bilineata) zu erwähnen, die leider immer seltener wird. Die häufigste Eidechse ist die Mauereidechse (Podarcis muralis), die in riesigen Populationen auftritt. Blindschleichen (Anguis) und Zauneidechsen (Lacerta agilis) finden sich entlang der Rhone, in höheren Lagen findet man auch die Bergeidechse (Zootoca vivipara).

Bei den Wirbellosen Tieren (Insekten, Spinnen, Schnecken etc.) ist besonders das Vorkommen von Gottesanbeterinnen (Mantis religiosa) (Fangschrecke) zu erwähnen. Sie jagt andere Insekten, mit Vorliebe Heuschrecken. Die ausgewachsenen Gottesanbeterinnen findet man nur im Sommer, sie sterben mit dem ersten Frost. Bei Martigny befindet sich eines der wenigen Vorkommen des grössten Schweizer Insekts, der grossen Sägeschrecke (Saga pedo). Sie wird 15 cm lang. Neu entdeckt wurde 2019 ein Vorkommen der kleinen, flugunfähigen Gottesanbeterin Ameles spallanzania. Im Wallis finden sich auch die grössten Populationen des Hirschkäfers (Lucanus cervus) in der Schweiz. Skorpione (Euscorpius und Alpiscorpius) finden sich nur sehr lokal bei Sion und im Zwischenbergental, auf der Südseite des Simplonpasses. Ebenfalls am Rhoneknie ist der einzige Fundort der Spinne Drapeta rutilans.

Die Flora der Nord- und Südseite des Rhonetals unterscheidet sich stark. Während auf der Südseite, der Schattenseite, Föhren und Lärchen dominieren, findet man auf der Sonnenseite – der Nordseite – am Hang die Felsensteppe. Hier dominiert Wacholder, Wermuth, Steineiche und verschiedene Hauswurze. Leider wurden durch den extensiven Anbau der Weintrauben grosse Zonen der einst artenreichen Felsensteppe zerstört. Die Weinberge prägen weite Zonen der Nordhänge im Rhonetal. Inzwischen gedeihen an verschiedenen Stellen eingeschleppte Kakteen (Opuntien) am Hang, diverse Arten sind winterhart. Oberhalb von Brig geht die Felsensteppe in Nadelwald über. Die seltenste und bedrohteste Pflanze im Wallis ist die Grengjer-Tulpe (Tulipa grengiolensis). Diese gedeiht nur auf dem Gemeindegebiet der Oberwalliser Gemeinde Grengiols.

Die wichtigsten Naturschutzgebiete und Naturpärke sind der Naturpark Binntal, Naturpark Pfyn-Finges, Schutzgebiet Les Follatères bei Martigny, der Naturpark Trient, das Rhonedelta Les Grangettes (das zum Kanton Waadt gehört), das Schutzgebiet Marais d’Ardon und Rigolende Vionnaz.