В края на миналия век общо във всички Бургаските езера са се срещали над 52 вида риби. Днес техният бой е не повече от 25. Лагуната Атанасовското езеро, която е част от езерния комплекс, винаги е била с бедна ихтиофауна. Крайбрежната лагуна е превърната в солници през 1906 г., а две години по-късно са добити и първите 6 тона морска сол. От 1922 г. започва усилената експлоатация на солниците. Откритата водна площ е била разделена на голям брой басейни с различна соленост, които заедно с дренажните канали превръщат резервата в сложен комплекс от водоеми. Това е причината в езерото да се срещат сравнително малък брой видове риби.
Първите изследвания на ихтиофауната на лагуната са проведени през 1995г. Установени са 12 вида. По-късно се открити още няколко нови вида. Досега в Атанасовското езеро са описани общо 18 вида риби, но има вероятност два вида – Parablenniussanquinolenthus и шаранът вече да не се срещат.
Голяма част от установените в лагуната видове риби са редки, временни посетители и случайно навлизащи от морето. Те имат различни биологични особености. Трииглата бодливка и атерината проникват в езерото от морето. Кавказкото попче и деветиглата бодливка са типични обитатели на полусолените води. Псевдоразбората като типичен сладководен вид се среща само в сладките блата около езерото.
Всички видове риби, срещащи се в лагуната Атанасовско езеро, поради малките си размери или ниска численост, не са от стопански интерес за хората. Популации на някои от видовете, като кавказкото попче, пседоразбората, гамбузията и трииглата боливка, са сравнително многочислени и са сред основната храна на голямото разнообразие от рибоядни птици, които се срещат в езерото.
Кавказкото попче е един от най-многочислените видове риби в лагуната и се среща във всички басейни с изключение на кристализаторите. Това е най-характерния и постоянен обитател на езерото. Представлява дребна рибка с тегло до 5 г. Тялото му е вретеновидно, а главата овална, като очите му са раздалечени помежду си и стърчат над челото. Хвърля хайвера си от края на март до края на юли, като го разполага в мидени черупки или под камъни. Застрашен от изчезване вид, включен в Червената книга на България.
Трииглата бодливка е втория по масовост вид. Популацията се състои основно от навлизащи от морето индивиди, които се размножават в езерото. Младите пък след като се излюпят в лагуната заедно с част от възрастните се връщат обратно в морето в първите месеци на лятото.Черноивичестата морска игла бе установена в Атанасовско езеро едва през последните години. През лятото навлиза от морето, Възможно е отделни екземпляри да се размножават в лагуната. Среща се в басейните, разположени в северната част на езерото и обрасли с морска рупия,. Рядък вид, включен в Бернска конвенция и Червеният списък на IUCN.
Гамбузията е аклиматизирана в България през 1924 г. за борба с ларвите на комара. Тя е сладководен, живороден вид, но понася соленост до 7-8 о/оо. В езерото се среща в обиколния канал на северните солници.
Деветиглената бодливка е дребна риба, достигаща 5 см дължина на тялото. На гърба има от 7 до 12, но най-често 9 бодила. От тях идва и името й. Тези бодили представляват преобразувана част от гръбната перка. Мъжките бодливки строят кълбовидни гнезда, разположени сред водна растителност. Те ги охраняват и почистват след излюпване на яйцата. Тя е с ниска численост. Застрашен от изчезване вид, включен в Червената книга на България. На дължина атерината достига до 13-14 см. Наричат я още сребърка или гюмюш. Това е пелагична морска риба, която понася големи колебания в солеността и редовно навлиза в крайморските реки и езера. В началото на лятото морските води се пускат в лагуната за нуждите на солодобива. С тях навлизат многочислени пасажи атерина, които се отхранват в езерото. Тъй като е обект на стопански риболов, числеността й в последните години е силно намаляла.
Ихтиофауната в лагуната „Атанасовско езеро” е силно уязвима и зависима от състоянието на този водоем. Замърсяването на водата, промяната в солеността и хидрологичния режим, внасянето на конкуретни видове и унищожаването на местата за размножаване са сред основните заплахи за различните видове риби.