O Jardim Zoológico colabora com a Reserva Natural do Estuário do Sado (ICNF-RNES) na elaboração e execução do “Plano de Ação para a Salvaguarda e Monitorização da população de Roazes do Estuário do Sado”. O plano de ação tem por missão “Melhorar as condições do habitat da população de Roazes (Tursiops trunactus) do Sado, única em Portugal, através da concertação dos agentes relevantes para a sua conservação”. Foram estabelecidos quatro objetivos gerais, os quais foram operacionalizados em 103 ações, a desenvolver ao longo dos cinco anos de vigência do Plano (2008-2013). O Jardim Zoológico é, igualmente, responsável por ações na área da educação e divulgação do Plano, e dá apoio técnico em eventuais arrojamentos de Roazes. O desaparecimento dos Roazes do Sado constituiria uma grave perda para o ecossistema em que se integra, e para a biodiversidade à escala nacional. O Plano de Ação foi retificado, em Despacho n.º 21997/2009, enquadrando-se nas opções estratégicas da Estratégia Nacional de Conservação da Natureza e da Biodiversidade (ENCNB).
 

O Jardim Zoológico é membro fundador da Abrigos – a Rede de Apoio a Mamíferos Marinhos Arrojados –, em parceria com o ICNF – Instituto da Conservação da Natureza e da Floresta – e outras instituições nacionais, desde 1998. Tem por objetivo recuperar e, sempre que possível, reabilitar mamíferos marinhos para posterior reintrodução no meio natural. 

O projeto MOm (Monk Seal Monitoring), coordenado pelo The Hellenic Society for the Study and the Protection of the Mediterranean Monk Seal, conta com a colaboração do Jardim Zoológico desde 2009, e tem por missão a conservação desta espécie criticamente ameaçada. O apoio ao projeto MOm constitui um esforço conjunto dos membros institucionais da European Association for Aquatic Mammals (EAAM) da qual o Jardim Zoológico faz parte.