التلوث البيئي يؤثر بشكل كبير على الحياة البحرية والإيكولوجيا البحرية. واحدة من أكبر التهديدات هي التلوث البحري الناجم عن التسربات النفطية والتلوث الكيميائي الناجم عن النفايات الصناعية والزراعية.
تسرب النفط يتسبب في تلوث المياه البحرية والشواطئ ويؤثر على الحياة البحرية بشكل كبير. النفط يتسبب في تلوث التربة والماء والهواء، ويتسبب في موت الحيوانات البحرية والنباتات ويتسبب في اضطرابات في سلاسل الغذاء البحرية.
التلوث الكيميائي يتسبب في تراكم المواد السامة في أنسجة الكائنات البحرية ويؤثر على قدرتها على التكاثر والنمو والبقاء على قيد الحياة. تلوث المياه بالمبيدات الحشرية والمواد الكيميائية الصناعية يؤثر على الحياة البحرية وقد يؤدي إلى انقراض بعض الأنواع.
بالإضافة إلى ذلك، التلوث البيئي يؤثر على النظم الإيكولوجية البحرية بشكل عام. فعلى سبيل المثال، تلوث المياه يؤدي إلى زيادة نسبة العوالق والطحالب في المياه، مما يؤثر على الضوء والأكسجين المتاح للنباتات والكائنات الأخرى في البحر. هذا يؤدي إلى تغييرات في التوازن البيئي ويؤثر على الحياة البحرية بشكل عام.