Еше одна распространенная проблема для океанов — цветение воды. В Северном морс у берегов Норвегии и Дании оно вызвано разрастанием водорослей Chlorochromulina polylepis. Особые опасения вызывает загрязнение Мирового океана вредными и токсичными веществами, в том числе нефтью и нефтепродуктами, радиоактивными веществами.

Сушу и океан связывают реки, впадающие в моря и несущие различные загрязнители. Нефть и нефтепродукты — основные загрязнители океанов, но наносимый ими вред значительно усугубляют сточные воды, бытовой мусор и загрязнение воздуха. Выносимые на пляжи пластмассовые предметы и нефть остаются вдоль отметки уровня прилива, свидетельствуя о загрязнении морей и о том, что многие отходы не разлагаются микроорганизмами.

Большую угрозу проникновения радиоактивности в воды Мирового океана представляют течи атомных реакторов и атомных боеголовок, затонувших вместе с атомными подводными лодками

Десять штатов США сбрасывают отходы в море. В 1980 г. было сброшено 160 000 т отходов, но с тех пор эта цифра уменьшилась. В 1989 году танкер «Экссон Вальдес» сел на мель в районе Аляски, и нефтяное пятно в результате разлива почти 11 млн галлонов (ок. 50 тыс. т) нефти растянулось на 1600 км вдоль побережья. Так было с судами «Кэрен Би» (1987), на борту которого находилось 2000 т токсичных отходов, и «Акацуки-мару» (1992), вёзшим большую партию радиоактивного плутония из Европы в Японию для переработки.

В двух крупнейших в мире местах сброса стоков — в Лос-Анджелесе (США) и Марселе (Франция) — специалисты занимаются очисткой загрязнённых вод уже более двух десятилетий. В последние годы уменьшилось содержание в водах океанов металлов, ДДТ (инсектицид) и ПХД (полихлордифенилов), а вот количество мышьяка необъяснимо возросло.

Есть заменители, не оказывающие пагубного воздействия на живую природу — например, соединение на основе меди в 1000 раз менее токсично для животных и растений. Кроме того, на шельфах ведётся нефтеразработка, что увеличивает риск разлива нефти и загрязнения. Воды Средиземного моря полностью обновляются раз в 70 лет Атлантическим океаном, с которым оно сообщается.

Это море превратилось в громадную загрязнённую экосистему, куда ежегодно поступает около 430 млрд т отходов. Они стали редко встречаться из-за возросшего потока туристов, а отдалённые места их обитания на островках теперь достижимы для быстроходных катеров и аквалангистов. Зелёные морские черепахи обитают во всех океанах, где температура воды не опускается ниже 20 °C, но их гнездовья находятся под угрозой как в Средиземном море (в Греции), так и в океане.

Другой распространённый вид загрязнения океанов — цветение воды из-за массового развития водорослей или планктона. Считают, что это связано с промышленными выбросами большого количества микроэлементов, особенно смывом в водоёмы сельскохозяйственных удобрений, действующих как биостимуляторы роста фитопланктона.

Устрицы, как и другие двустворчатые моллюски, играют важную роль в фильтрации воды. Раньше устрицы за восемь дней полностью фильтровали воду в части Чесапикского залива, относящейся к штату Мэриленд. Сегодня они затрачивают на это 480 дней из-за цветения и загрязнения воды. После цветения водоросли умирают и разлагаются, способствуя размножению бактерий, поглощающих жизненно важный кислород.

Плохо переносят загрязнение кораллы, и над коралловыми рифами и атоллами нависла серьёзная угроза. Данные мусорные круговороты в основном состоят из пластиковых отходов, образующихся в результате сбросов из густонаселённых прибрежных зон континентов.

Рыб с ПХД или ГХГ могут съесть как люди, так и рыбы. Рыбу потом поедают тюлени, а те, в свою очередь, становятся пищей для некоторых видов китов или белых медведей. Вероятно, металлические загрязнители в океане стали также причиной появления кожных язв и увеличения печени у рыб, включая камбалу, 20 % популяции которой в Северном море поражено этими болезнями.

Первоначально основным способом избавления от радиоактивных отходов было их захоронение в морях и океанах. Следовательно, несмотря на предпринимаемые меры, радиоактивное загрязнение Мирового океана вызывает большую тревогу. Губителен для обитателей океана трибутилоловохлорид (ТБТ), широко применяемый для покраски килей кораблей и препятствующий их обрастанию ракушками и водорослями. Все серьёзные случаи загрязнения океана связаны с нефтью.