Planten en dieren die in de woestijn leven, zijn geconditioneerd om extreme temperaturen te doorstaan met minimaal water. Het aantal planten- en diersoorten dat vasthoudend genoeg is om in de woestijn te overleven loopt in de tienduizenden, dat is een kleine fractie vergeleken met de honderdduizenden planten- en diersoorten die in de regen leven Woud. Planten en dieren in de woestijn zijn biologisch beperkt in productiviteit en diversiteit vanwege de relatieve schaarste aan organische voedingsstoffen.
Woestijnplanten
De droogtetolerante planten in de woestijn zijn wilde bloemen, cactussen en vetplanten, bomen, struiken, grassen, creosootstruiken, populieren langs de rivier en wilgen. Met minimaal water, gebruiken woestijnplanten, wilde bloemen, bomen en struiken de overvloedige energie van de woestijnzon om meer planten te produceren, wat dient om de woestijndieren en insecten van brandstof te voorzien.
Woestijnzoogdieren
Woestijnzoogdieren zoals beren, bobcats, coyotes, kitvossen, muilezelherten, wasberen, konijnen, gophers en eekhoorns blijven koel in de piekwoestijnhitte door zich in bomen te verstoppen of ondergrondse holen te graven.
Bergleeuwen en bobcats zijn de ongrijpbare carnivoren van de woestijn, die voornamelijk 's nachts op herten, konijnen, vogels, slangen en knaagdieren jagen. Coyotes, kitvossen en wasberen zijn alleseters die in de woestijn overleven door cactussen, kikkers, padden, vissen, konijnen, eekhoorns en al het andere te eten dat ze kunnen vangen.
Muildierherten, konijnen en gophers zijn herbivoren die wortels, knollen, grassen en cactusvijgen eten.
Woestijnvogels en vissen
De woestijn is de thuisbasis van een verscheidenheid aan vogels, zoals haviken, uilen, struisvogels, spechten, cactuswinterkoninkjes en kalkoengieren (ook bekend als buizerds).
Woestijnhaviken en uilen zijn carnivoren die voornamelijk 's nachts op kleine zoogdieren, insecten en andere vogels jagen, terwijl kalkoengieren carnivoren zijn die zich voeden met de dode karkassen van andere dieren. Struisvogels zijn alleseters die zich voeden met planten, insecten, kleine gewervelde dieren en ongewervelde dieren. Spechten en cactuswinterkoninkjes zijn alleseters die mieren, kevers en andere insecten eten, evenals planten en boomschors.
Woestijnvissen leven in de warme poelen die overblijfselen zijn van oude meren. De woestijnjongvis is een laag-woestijnstroomvis die zich voedt met algen en vaak sterft wanneer de poelen tijdens de heetste maanden opdrogen. De Sonorawoestijn heeft meer dan 100 soorten zoetwatervissen. Deze vissen leven in het weinige vrijstaande water dat overblijft van rivieren die een eeuw geleden bestonden. Vissen zoals de modderkruiper leven in ondiepe riffen van water van slechts 15 cm diep over grindbedden en voeden zich bijna uitsluitend met vliegenlarven. Op lager gelegen woestijngebieden leven nog steeds grote populaties inheemse vissen, waaronder de grote witvis, de lange squawfish, de Yaqui-kopvoorn, de woestijnuitlopers, de razorback-zuiger en de bonytail-kopvoorn.
Woestijnreptielen en amfibieën
Tot de warmteminnende reptielen en amfibieën van de woestijn met een dikke huid behoren ratelslangen, hagedissen, padden en schildpadden. Ratelslangen eten hagedissen, knaagdieren en kleine zoogdieren zoals konijnen. Woestijnpadden, zoals de Sonora-woestijnpad, voeden zich met insecten, spinnen en kleine muizen. Woestijnhagedissen, zoals de Texas gehoornde hagedis, eten vegetatie, mieren, sprinkhanen, insecten en kleine dieren. Woestijnschildpadden zijn herbivoren, hoewel ze af en toe aas en insecten eten.
Woestijninsecten en spinnen
Insecten en spinnen die in de woestijn leven, zijn onder meer bijen, mieren, vlinders, wespen, muggen en spinnen van zwarte weduwen. Bijen en vlinders voeden zich met beschikbare plantennectar. Wespen en zwarte weduwespinnen voeden zich met insecten en andere spinnen, terwijl mieren alles eten wat ze maar kunnen vangen.