Những kẻ săn mồi của sâu bướm là chim, bọ rùa, bọ hung màu vàng và con người. Sâu bướm đóng vai trò là nguồn thức ăn chính cho nhiều loài chim, chẳng hạn như các loài chích chòe, chim ăn thịt và chim sống trong tán.
Các loài chim sống trong tán dễ dàng bắt sâu bướm trên ngọn cây, trong khi chim sơn ca và mộc bản thường bắt sâu bướm ăn cỏ và thực vật trên mặt đất. Sâu bướm rất dễ bắt vì chúng di chuyển chậm và màu sắc tươi sáng, hấp dẫn. Chúng được tìm thấy với số lượng dồi dào ở gần như tất cả các nơi trên thế giới.
Áo khoác màu vàng, còn được gọi là ong bắp cày, mang sâu bướm về tổ của chúng để cung cấp thức ăn cho những con nhỏ của chúng. Chúng giúp kiểm soát số lượng sâu bướm trong vườn, đặc biệt là trong mùa xuân và đầu mùa hè. Họ bắt những con sâu bướm đang bò với hầu hết mọi kích cỡ. Tuy nhiên, khi nhiều tháng trôi qua, số lượng áo khoác vàng giảm dần và sở thích ăn uống của chúng cũng có xu hướng thay đổi.
Bọ rùa chủ yếu ăn rệp, mặc dù chúng cũng ăn sâu bướm và các loại côn trùng khác. Chúng là những con bọ nhỏ, có đốm với màu sắc tươi sáng. Bọ rùa thích ăn sâu bướm nhỏ mềm và dễ tiêu. Những người làm vườn thường sử dụng bọ rùa để giảm số lượng rệp và sâu bướm, những loài thường gây hại cho cây trồng.Ngoài chim, ong bắp cày và bọ cánh cứng, con người cũng ăn sâu bướm. Người dân ở Botswana, một quốc gia ở châu Phi, và người dân ở các nước Đông Á như Trung Quốc thường thu hoạch sâu bướm mỗi ngày vì giá trị dinh dưỡng cao của những con ấu trùng này. Sâu bướm chứa lượng chất béo và protein cao hơn so với cá, thịt bò và đậu lăng.
Các cơ chế bảo vệ mà một con sâu bướm sử dụng phụ thuộc vào loài. Một số loại có lông châm chích để bảo vệ chúng khỏi bị ăn thịt, trong khi những loại khác có thể sử dụng màu sắc của chúng để ngụy trang. Những người khác có khả năng sản xuất hóa chất đẩy lùi hoặc đầu độc những kẻ săn mồi. Các kiểu hành vi, chẳng hạn như ẩn mình trong lá và nhấp nháy màu sắc của chúng để dọa kẻ săn mồi, cũng là những kỹ thuật mà sâu bướm sử dụng.
