Drygt 100 par svärtor (Melanitta fusca) häckar på ön. Honan är svartbrun medan hanen är kolsvart, båda har en vit vingspegel som dock sällan syns på liggande fågel. Hanen har gul näbb och en distinkt vit fläck vid ögat. Svärtan häckar sent i juni och de första kullarna brukar skymtas först i juli. Ofta lägger de äggen en bra bit ifrån vattnet, så det blir en lång ”baby walk” för ungarna, i mammans kölvatten, ner till stranden. Många blir tagna av trutar på vägen ner till havet. Väl på vattnet överges ungarna ofta av egen mamma, men de ”kidnappas” genast av andra mödrar. Det kan resultera i ansenliga flockar med ungar efter en enda hona. Orsaken till detta är fortfarande något av en vetenskaplig gåta. Kanske kan skälet vara, att ungarna är för svagt präglade på sin egen mamma.

Ejdern (Somateria mollissima) är med cirka 850 par Stora Karlsös vanligaste andfågel. Den häckar främst under maj månad och honan kan då ses ligga och ruva endast någon meter från stigen mellan Hien och Norderhamn. Honan, ådan, är svår att se, eftersom hon har en effektiv kamouflageteckning som smälter in bland fjolårslöven. Hanen, gudingen, är vackert färgad och deltar inte i häckningen. Ådorna hjälps åt och brukar passa ungarna gemensamt. Under senare år har man märkt en kraftig tillbakagång när det gäller ejdrarnas häckningsframgång längs de svenska kusterna och en hög dödlighet bland ungarna. Detta har även drabbat Stora Karlsös ejdrar. Anledningen är fortfarande inte helt utredd, men man har bland annat noterat bristen på vitaminet tiamin hos både ejdrar och i blåmusslor, som ju är ejderns viktigaste föda.

Småskraken (Mergus serrator) häckar med ett 40-tal par runt ön. Hanen har grönaktigt huvud, mörk rygg och bröstet är tecknat i rostbrunt och svart. Honan har brunt huvud medan bröst och rygg har mer gråaktig nyans. Man ser ofta småskrakar utanför Millsnabb och Hien.

Storskraken (Mergus merganser) häckar inte regelbundet på Karlsö men ses tillfälligt, främst under sensommaren, då smärre flockar av hanar i övergångsdräkt uppehåller sig runt ön. Hanen i häckningsdräkt har ett vackert grönt huvud, mörk rygg och aprikosfärgat ljust bröst, medan honan är mer diskret färgad i brunt och grått. Båda skrakarterna har nacktofs och lever i huvudsak av fisk.