Il tratto di mare interessato dal Santuario è una porzione del Mediterraneo estremamente ricca di vita pelagica, e senz'altro la più importante dell'intero bacino per via delle popolazioni di cetacei che ospita.Dall'estate del 1988 l'Istituto Tethys inizia una serie di ricerche sui cetacei nei mari italiani, e in particolar modo nel bacino Corso-Liguro-Provenzale, da cui appare chiaramente, in termini di frequenza di avvistamento, la netta superiorità di quest'ultima regione sui restanti mari d'Italia. Nel 1992 viene effettuato un censimento sulla superficie del futuro Santuario da parte dell'Istituto Tethys, da Greenpeace e dall'Università di Barcellona, che consente la stima numerica delle stenelle (32.800 esemplari) e delle balenottere comuni (830 esemplari) presenti nella zona nel periodo estivo.