Ô nhiễm biển xảy ra khi các tác động gây hại hoặc có nguy cơ gây hại bắt nguồn từ chất thải hóa học, chất thải rắn, chất thải công nghiệp, chất thải nông nghiệp và chất thải sinh hoạt, tiếng ồn hoặc sự lây lan của các loài xâm lấn gây tác động xấu tới biển. Tám mươi phần trăm ô nhiễm biển tới từ đất liền. Ô nhiễm không khí cũng là một tác nhân gây ô nhiễm biển bằng cách đưa thuốc trừ sâu hoặc bụi xuống biển. Ô nhiễm đất liền và không khí đã được chứng minh là gây hại cho sinh vật biển và môi trường sống của nó. Ô nhiễm biển thường tới từ các nguồn không cố định như dòng chảy mặt nông nghiệp, các mảnh vụn bị gió thổi đi, và bụi bẩn. Ô nhiễm dinh dưỡng, một dạng của ô nhiễm nước, ám chỉ tới sự ô nhiễm do đưa vào nhiều dinh dưỡng một cách quá mức. Nó là nguyên nhân chính gây ra phú dưỡng của vùng nước bề mặt, trong đó phần dinh dưỡng dư thừa, thường là nitrat hoặc phosphat, kích thích tảo phát triển. Nhiều chất hóa học độc tiềm tàng bám chặt vào các vật chất tí hon thứ sau đó được tiêu thụ bởi sinh vật phù du và sinh vật đáy, những loài này hầu hết là loài ăn mùn bã hoặc ăn lọc. Bằng cách này, các chất độc được tập trung ngược lên trong chuỗi thức ăn của đại dương. Nhiều chất kết hợp lại về mặt hóa học theo hướng làm nghèo oxy ở mức độ cao, khiến cửa sông trở nên thiếu oxy. Mặc dù ô nhiễm môi trường biển đã có từ lâu đời nhưng các luật quốc tế quan trọng đã không được ban hành để chống lại sự ô nhiễm đó cho tới thế kỉ XX. Ô nhiễm biển là một mối quan tâm trong một số Công ước của Liên hợp quốc về Luật Biển bắt đầu từ những năm 1950. Hầu hết các nhà khoa học tin rằng các đại dương rất rộng lớn chính vì vậy chúng có khả năng tự pha loãng vô hạn do đó sẽ làm cho sự ô nhiễm trở nên vô hại. Vào cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960, đã có một số tranh cãi về việc đổ chất thải phóng xạ ngoài khơi bờ biển Hoa Kỳ bởi các công ty được Ủy ban Năng lượng Nguyên tử cấp phép vào Biển Ailen từ cơ sở tái chế của Anh tại Windscale, và vào Biển Địa Trung Hải bằng cách Ủy ban Pháp à l'Energie Atomique. Chẳng hạn sau cuộc tranh cãi về Biển Địa Trung Hải, Jacques Cousteau đã trở thành một nhân vật nổi tiếng trên toàn thế giới trong chiến dịch ngăn chặn ô nhiễm môi trường biển. Ô nhiễm môi trường biển đã trở thành tiêu đề quốc tế hơn nữa sau vụ tai nạn tàu chở dầu Torrey Canyon năm 1967 và sau vụ tràn dầu ở Santa Barbara năm 1969 ngoài khơi California. Ô nhiễm biển là một lĩnh vực thảo luận chính trong Hội nghị Liên hợp quốc về Môi trường Con người năm 1972, được tổ chức tại Stockholm. Năm đó cũng chứng kiến ​​việc ký kết Công ước về ngăn ngừa ô nhiễm biển do đổ chất thải và các vật chất khác, đôi khi được gọi là Công ước London. Công ước London không cấm ô nhiễm môi trường biển, nhưng nó thiết lập danh sách đen và xám cho các chất bị cấm (đen) hoặc do cơ quan chức năng quốc gia quản lý (xám). Ví dụ, xyanua và chất thải phóng xạ mức độ cao đã bị đưa vào danh sách đen. Công ước Luân Đôn chỉ áp dụng đối với chất thải đổ từ tàu biển, và do đó không có gì để điều chỉnh chất thải được thải ra dưới dạng chất lỏng từ đường ống. Dòng chảy mặt do trồng trọt, cũng như dòng chảy đô thị và dòng chảy từ việc xây dựng đường xá, tòa nhà, bến cảng, kênh và bến cảng, có thể mang theo đất và các hạt chứa đầy cacbon, nitơ, phosphor và khoáng chất. Nước giàu chất dinh dưỡng này có thể khiến tảo thịt và thực vật phù du phát triển mạnh ở các vùng ven biển từ đó được biết đến như là tảo nở hoa, có khả năng tạo ra sự thiêu hụt oxy đối với các sinh vật khác bằng cách lấy hết oxy sẵn có.Ở bờ biển phía tây nam Florida, tảo nở hoa có hại đã tồn tại hơn 100 năm Những đợt tảo nở hoa này là nguyên nhân khiến các loài cá, rùa, cá heo và tôm chết và gây ra những tác hại cho con người bơi trong nước. Một con đường ô nhiễm khác xảy ra qua bầu khí quyển. Bụi và mảnh vụn do gió thổi, bao gồm cả túi nhựa, được thổi ra biển từ các bãi rác và các khu vực khác. Biến đổi khí hậu đang làm tăng nhiệt độ đại dương Mức độ gia tăng của carbon dioxide đang làm axit hóa các đại dương. Điều này đang làm thay đổi các hệ sinh thái dưới nước, thay đổi sự phân bố của cá và tác động đến tính bền vững của nghề cá và sinh kế của các cộng đồng phụ thuộc vào chúng. Ngoài ra Hệ sinh thái đại dương lành mạnh cũng rất quan trọng đối với việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Khai thác biển sâu là một quá trình lấy lại khoáng sản tương đối mới diễn ra dưới đáy đại dương. Các địa điểm khai thác đại dương thường nằm xung quanh các khu vực rộng lớn của các nốt đa kim hoặc các miệng phun thủy nhiệt đang hoạt động và đã tuyệt chủng ở khoảng 1.400 - 3.700 mét dưới bề mặt đại dương. Các lỗ thông hơi tạo ra cặn sulfide, chứa các kim loại quý như bạc, vàng, đồng, mangan, coban và kẽm Các mỏ được khai thác bằng cách sử dụng máy bơm thủy lực hoặc hệ thống gầu đưa quặng lên bề mặt để xử lý. Cũng như tất cả các hoạt động khai thác, khai thác ở biển sâu đặt ra câu hỏi về thiệt hại môi trường đối với các khu vực xung quanh. Bởi vì khai thác biển sâu là một lĩnh vực tương đối mới, hậu quả hoàn toàn của các hoạt động khai thác toàn diện là chưa rõ. Tuy nhiên, các chuyên gia chắc chắn rằng việc loại bỏ các phần của đáy biển sẽ dẫn đến xáo trộn lớp sinh vật đáy, tăng độc tính của cột nước và các luồng trầm tích từ các chất thải quặng đuôi. Việc loại bỏ các phần của đáy biển làm xáo trộn môi trường sống của sinh vật đáy, có thể, tùy thuộc vào loại hình khai thác và vị trí, gây ra những xáo trộn vĩnh viễn. Trong số các tác động của việc khai thác ở biển sâu, các chùm trầm tích có thể có tác động lớn nhất. Các đám mây được hình thành khi các chất thải từ quá trình khai thác (thường là các hạt mịn) được đổ trở lại đại dương, tạo ra một đám mây hạt trôi nổi trong nước. Hai loại chùm xuất hiện: chùm gần đáy và chùm bề mặt. Các luồng khí gần đáy xảy ra khi chất thải được bơm ngược trở lại địa điểm khai thác. Các hạt trôi nổi làm tăng độ đục hoặc vẩn đục của nước, làm tắc nghẽn các thiết bị lọc ăn do sinh vật đáy sử dụng. Các chùm tia trên bề mặt gây ra một vấn đề nghiêm trọng hơn. Tùy thuộc vào kích thước của các hạt và dòng nước mà các chùm tia có thể trải rộng trên các khu vực rộng lớn.