In tutte le stagioni sulla Palmaria sono possibili osservazioni interessanti per l'avifauna, ma il periodo più favorevole è sicuramente quello primaverile, durante la migrazione, che nel Mediterraneo coinvolge milioni di migratori appartenenti a centinaia di specie diverse. Dall'inizio degli anni novanta, dal 15 aprile al 15 maggio, sull'isola viene attivata una stazione di inanellamento operante nell'ambito del Progetto Piccole Isole coordinato dall'ISPRA (Istituto Superiore Per la Ricerca Ambientale).
Il Progetto Piccole Isole ha l’importante finalità di monitorare quantità e condizioni generali dei migratori che ritornano in Europa a primavera, in particolare di quelli provenienti dalle aree a sud del Sahara. Il Mediterraneo è un’importante barriera ecologica per i Passeriformi migratori, con specie che tendono ad evitare attraversamenti diretti ed altre che mettono in atto lunghi voli su ampi bracci di mare. Le isole come la Palmaria rappresentano importantissime aree di sosta per questi animali ed è quindi importante preservarne l'habitat.
Gli ornitologi sono molto disponibili e previo accordi si può assistere alle loro attività. Escursioni fatte sull'isola nel periodo del campo possono includere una visita al campo stesso, che ha base nell'ostello situato in vetta all'isola, per osservare le operazioni di cattura, inanellamento e rilascio.
Negli altri periodi dell'anno è sempre possibile osservare e sentire i piccoli passeriformi che popolano la macchia mediterranea oltre che fare avvistamenti di uccelli poco comuni come il falco pellegrino, il corvo imperiale e, sul mare, sterne e il marangone dal ciuffo. La Palmaria costituisce anche un buon punto di osservazione per uccelli pelagici come le sule.