הזרימות המוקטנות הובילו להגדלת הריכוזים של חומרים מסוימים בחלקו התחתון של הנהר שפגעו באיכות המים. מליחות היא אחת הבעיות העיקריות. תכולת המלח בחלקו התחתון של הקולורדו הייתה באופן טבעי כ-50 חלקים למיליון (ppm), אבל בשנות ה-60 של המאה ה-20 היא טיפסה למעל 2,000 ppm. בתחילת שנות ה-70 של המאה ה-20 היה גם חשש רציני ממליחות הנגרמת ממלחים שסוננו מקרקעות מקומיות באמצעות ניקוז מי השקיה, שלפי ההערכה הוסיפו 9 מיליון טון מלח לנהר מדי שנה. ב-1974 נחקק "חוק הבקרה על מליחות אגן נהר הקולורדו" (Colorado River Basin Salinity Control Act), שחייב פעולות שימור, כולל הפחתה של הניקוז המלוח. התוכנית שהופעלה כתוצאה מהחוק הקטינה את כמות המלח ב-1.1 מיליון טון בשנה, אך המליחות נשארה בעיה מתמשכת. ב-1997 העריכה לשכת הטיוב שהשקיה במים מלוחים גרמה לנזקים ליבולים במעל ל-500 מיליון דולר בארצות הברית ולמעל ל-100 מיליון דולר במקסיקו. ניסיונות נוספים להילחם בבעיית המלח נעשו בקולורדו התחתון, כולל בניית מפעל התפלה ביומה. ב-2011 החליטו שבע מדינות ארצות הברית על "תוכנית יישום" שמטרתה להקטין את המליחות ב-584,000 טון לשנה עד שנת 2030.
נגר שמקורו בשדות חקלאיים מכיל שרידים של קוטלי מזיקים שהלכו והתרכזו בנהר התחתון בכמויות גדולות. רעלים שנגזרו מקוטלי המזיקים הובילו למוות של דגים. בין 1964 ל-1968 בלבד תועדו שישה אירועים כאלו. בעיית קוטלי המזיקים גדולה יותר בנחלים ובגופי המים בסמוך לשדות החקלאיים המושקים במימי הקולורדו בעמק אימפריאל. בעמק אימפריאל גולשים מי נהר הקולורדו ששימשו להשקיה לתוך ערוצי הנחלים ניו (New River) ואלאמו ולתוך ימת סלטון. שני הנהרות והימה הם בין גופי המים המזוהמים ביותר בארצות הברית, ומהווים סיכון לא רק לבעלי החיים הימיים, אלא גם לבני אדם ולעופות נודדים. זיהום מעודפי מי השקיה אינו מוגבל לחלק התחתון של הנהר. הבעיה משמעותית גם בקטעים במעלה הנהר כמו העמק גרנד בקולורדו, שאף הוא מרכז לחקלאות שלחין.
סכרים גדולים דוגמת סכר הובר וסכר קניון גלן משחררים מים מתחתית המאגר שלהם. טמפרטורת מים אלו יציבה כל השנה ונמוכה יחסית לסביבתה לאורך קטעים ארוכים של הנהר. הטמפרטורה הממוצעת של הקולורדו נעה פעם בין 29°C בשיא הקיץ לקרוב לנקודת הקיפאון בחורף, אבל הטמפרטורה של הקולורדו כיום בגרנד קניון, לדוגמה, סוטה לעיתים נדירות בלבד מ-8°C. שינויים במשטר הטמפרטורה גרמו להקטנת אוכלוסיות הדגים המקומיים, והזרם הקבוע אפשר להגביר את קצב הצמיחה של הצמחייה בגדות הנהר, תוך פגיעה בבית הגידול של אזור זה. תבניות זרימה אלו גם גרמו לקולורדו להיות מסוכן יותר לנופשים השטים בנהר, אנשים עלולים יותר למות מהיפותרמיה במזג אוויר קר, והעובדה שהסכר מונע שיטפונות מאפשרת למפולות סלעים להצטבר, ולהקשות על הניווט בנהר.
מזכר 319.
במאה ה-21 החל עניין מחודש בהשבת זרם מים מוגבל לדלתה. ב-20 בנובמבר 2012 נחתם, במסגרת הוועדה הבינלאומית לגבולות ומים של ארצות הברית ומקסיקו, הסכם שכונה "מזכר 319" ("Minute 319") שעדכן את חוק הנהר על מנת להתייחס לשאלה כיצד תושפע חלוקת המים השנתית בנפח 1.9 מיליארד מ"ק שהוקצבו למקסיקו מתנאים של בצורת או של עודף במים. בתנאים של עודף מים (כשפני אגם מיד מעל לגובה של 349 מטרים מעל פני הים) תוגדל הזרמת המים למקסיקו ב-49 מיליון מ"ק. במקרים שגובה פני האגם גבוהים יותר יוגדלו מכסות המים למקסיקו בצורה פרוגרסיבית עד לתוספת מקסימלית של 250 מיליון מ"ק לשנה. בנוסף התחייבה ארצות הברית לסייע ב-21 מיליון דולרים לתקן את תעלות ההשקיה בעמק מקסיקלי על מנת למנוע דליפה ולחסוך במים. מזכר זה מאפשר לשחרר בממוצע 56 מיליון מ"ק לדלתה. המים ישוחררו לדלתה הן כזרם קבוע שנתי, והן כ"פעימת זרם" (pulse flow) באביב שנועדה לחקות את הזרימה המקורית של הנהר בעקבות הפשרת השלגים. פעימת הזרם הראשונה, שחרור של 130 מיליון מ"ק במשך 8 שבועות, החלה ב-21 במרץ 2014 במטרה להחיות 9.5 קילומטרים רבועים של אדמות ביצה. פעימה זו הגיעה לים ב-16 במאי 2014, בפעם הראשונה זה 16 שנים שמים כלשהם זרמו מהקולורדו לאוקיינוס, פעולה שזכתה לשבחים כ"ניסוי בעל משמעות אקולוגית ופוליטית היסטורית" ונקודת ציון בשיתוף הפעולה בין ארצות הברית למקסיקו בשימור הטבע. עם סיום הפעימה הוחל בשחרור קבוע של 64 מיליון מ"ק במשך שלוש השנים הבאות, כמות המהווה רק אחוז קטן מאוד מהספיקה של הנהר לפני שהוקמו עליו הסכרים.
עתיד לא בטוח.
כשנוסח הסכם נהר הקולורדו בשנות ה-20 של המאה ה-20, הוא היה מבוסס על פחות מ-30 שנים של מדידות שהגיעו למסקנה שהספיקה השנתית של הנהר בליז פרי היא 21.6 מיליארד מ"ק מים. מחקרים מודרניים המבוססים על טבעות עצים גילו ששלושים שנים אלו היו קרובות לוודאי הגשומות ביותר בתקופה של 500 עד 1,200 השנים האחרונות והספיקה השנתית הטבעית הממוצעת לאורך זמן בליז פרי היא ככל הנראה 16.7 מיליארד מ"ק, בהשוואה לזרם הטבעי בשפך 20.1 מיליארד מ"ק. משום כך הוקצבו למשתמשים יותר מים ממה שבפועל זורם בנהר. שנות בצורת החריפו את בעיית הקצבת היתר של המים. כולל הבצורת בשנות ה-50 של המאה ה-20 שבמהלכן היו כמה שנים רצופות של ספיקה נמוכה במיוחד המשמשות לעיתים קרובות בתכנון של "התסריט הגרוע ביותר".
הבצורת המתועדת החמורה ביותר החלה בתחילת המאה ה-21, שבה הזרימה בנהר הגיעה לרמה רגילה או מעליה רק בארבע שנים בין שנת 2000 לשנת 2012. המים במאגרים הראשיים באגן צנחו לשפל חסר תקדים. כשאגם פאוול התכווץ לכדי שליש מהקיבולת שלו בתחילת 2005, הרמה הנמוכה ביותר שנרשמה מאז שהמאגר החל להתמלא ב-1969. אגן הניקוז חווה מגמת התחממות, שאליה נלוו הפשרת שלגים מוקדמת והצטמצמות המשקעים. מחקר מ-2004 הראה שצמצום שבין 1% ל-6% של המשקעים יוביל לירידה בכמות הנגר ב-18% עד שנת 2050. האחסון הממוצע של המאגרים קטן בלפחות 32%, תוך כדי פגיעה באספקת המים לאזור ובייצור החשמל. מחקר שנערך על ידי מכון סקריפס לאוקיינוגרפיה ב-2008 ניבא שהן אגם מיד והן אגם פאוול ניצבים בפני סיכוי סביר של הצטמצמות המים לרמה שתמנע שימוש באגם או "בריכה מתה" עד 2021 אם ימשכו המגמות הנוכחיות של התייבשות וקצב השימוש במים.
בשלהי 2010 הצטמצם אגם מיד עד לגובה של כ-2.5 מטרים מעל גובה "אזהרת בצורת", רמה שבה אריזונה ונבדה יהיו חייבות לקצוב את המים כפי שהותווה בהסכם נהר הקולורדו. למרות זרימה מעל הממוצע ב-2011 שהגביהה את המאגר הענק ביותר מ-9 מטרים. תנאי בצורת קיצונית חזרו ב-2012 וב-2013. רמות המים במאגרים היו כל כך נמוכות בתחילת שנת 2014 ולשכת הטיוב נאלצה לצמצם את שחרור המים מאגם פאוול ב-925 מיליון מ"ק – הפעם הראשונה שבוצע צמצום בסדר גדול כזה מאז שנות ה-60 של המאה ה-20, כאשר אגם פאוול התמלא לראשונה. עקב כך צנח אגם מיד שבהמשך לשפל הגדול ביותר בתולדותיו מאז 1937, כאשר התמלא לראשונה. פיתוח מהיר וצמיחה כלכלית מסבכים עוד יותר את נושא אספקת המים המובטחת, בייחוד בקדימות בזכויות המים שיש לקליפורניה על אלו של נבדה ואריזונה. במקרה של צמצום באספקת המים, יצטרכו נבדה ואריזונה לסבול קיצוצים חריפים לפני שיחול קיצוץ בהקצבה של קליפורניה, הגדולה מההקצבה של שתי המדינות ביחד.אף שיושמו צעדים קפדניים לשימור המים, הסיכון של מחסור חריף במים באגן הנהר קולורדו ממשיך לגדול מדי שנה.
לאחר כמות שלג נמוכה בהרבה מהממוצע בשנת 2018, העריכו מומחי לשכת הטיוב את הסיכויים להצהרה רשמית על מחסור בשנת 2020 ב-52%, ב-2021 ב-64% וב-2022 ב-68%. ביולי 2021, לאחר שני חורפים יבשים במיוחד, ירדו פני אגם פאוול לרמתם הנמוכה ביותר מאז 1969 כאשר המאגר התמלא לראשונה. בתגובה, החלה לשכת הטיוב לשחרר מים ממאגרים במעלה הזרם על מנת להשאיר את אגם פאוול מעל הרמה המינימלית לייצור אנרגיה הידרואלקטרית. אגם מיד ירד לרמה שצפויה לגרום לקיצוצים פדרליים באספקת המים באריזונה ובנבדה בפעם הראשונה בהיסטוריה, והוא צפוי להמשיך לרדת עד 2022. ב-16 באוגוסט 2021 הודיעה קמיל טוטון, סגנית מנכ"ל לשכת הטיוב, על החלטה על קיצוצים של מכסות המים לחקלאים באריזונה ובנבדה בתחילת 2022 בשל ירידת מי אגם מיד לשפל הגדול ביותר בתולדותיו.
צמחייה ובעלי חיים.
נהר הקולורדו ויובליו מזינים חגורות נרחבות של צמחיית גדות הנחלים כשהם חוצים את אזורי המדבר הצחיחים שבאגן הניקוז. אף שגדות הנחלים מייצגות רק חלק קטן מהאגן והושפעו ממפעלי ההנדסה ותעלות ההטיה במקומות רבים, יש בהם את המגוון הביולוגי הגדול ביותר מכל בית גידול אחר באגן. אזורי צמחיית הגדות הבולטים ביותר לאורך הנהר הם האזורים בקולורדו התחתון מעבר לסכר דייוויס. בייחוד בדלתה של נהר הקולורדו, שבה צמחיית הגדות מהווה בית גידול ל-358 מינים של עופות למרות הצמצום בזרימת מים מתוקים וצמחים פולשים דוגמת מין אשל ("Tamarix ramosissima"). הקטנת שטח הדלתה גם מאיימת על בעלי חיים דוגמת היגוארים ודולפין הוואקיטה, האנדמי למפרץ. הפיתוח האנושי של נהר הקולורדו גם עזר ליצור אזורי צמחיית גדות חדשים באמצעות מניעת שיטפונות, בייחוד בגרנד קניון.