an Birleşmiş Milletler İnsan Çevresi Konferansı'nın önemli tartışma konularından birisi olmuştur. Aynı yıl Londra Konvansiyonu olarak da bilinen Atıkların veya Diğer Maddelerin Depolanması Nedeniyle Ortaya Çıkan Deniz Kirlenmesine dair Konvansiyon kabul edilmiştir. Londra Konvansiyonu deniz kirliliğini yasaklamamış ancak yasak maddeleri içeren kara ve ulusal örgütler tarafından düzenlenecek gri listeler oluşturmuştur. Siyanür ve yüksek oranda radyoaktif atıklar kara listeye konmuştur. Ancak Londra Konvansiyonu yalnızca gemilerden atılan atıklar için uygulandığından boruhatlarından sıvı olarak yapılan atıkların düzenlenmesi konusunda bir yararı olmamıştır.

Deniz ekosistemlerinin kirlilik kaynakları farklı şekillerde kategorilendirilebilir. Genel olarak deniz kirliliğinin kaynağı üçe ayrılarak incelenebilir: atıkların doğrudan deşarjı, yağmur nedeniyle oluşan yüzeysel akışlar ve atmosferden açığa çıkan kirleticiler.

Kirleticilerin denize ulaşmasında yaygın bir yol akarsulardır. Denizlerden su buharlaşması yağışlardan fazla olduğunda denge kıtaların üzerinde olan yağışlarla sağlanır ve bu şekilde akarsulara karışan su tekrar denize döner. Staten Island'ın güneyine ve kuzeyine sularını döken New York'taki Hudson Nehri ile New Jersey'deki Raritan Irmağı açık denizdeki zooplanktonlarda cıva kirliliğinin kaynağıdır. Deniz suyunu filtreleyerek beslenen Copepoda alt sınıfından kabuklularda görülen en yüksek cıva konsantrasyonu bu akarsuların ağzında değil ama 70 km güneyinde Atlantic City yakınlarında tespit edilmiştir. Deniz suyuna karışmış toksinler birkaç gün içinde planktonlara geçer.

Kirlilik genellikle noktasal kirlilik ya da yayılı kirlilik olarak sınıflandırılır. Tek, belirlenebilir ve yerel bir kirlilik kaynağı tespit edilebiliyorsa bu noktasal kirliliktir. Örneğin lağımın ya da endüstriyel atıkların doğrudan deniz suyuna deşarjı gibi. Bu tür kirlilikler özellikle gelişmekte olan ülkelerde görülmektedir. Eğer kirliliğin kaynağı belirli değil ve yaygın olarak görülüyorsa yayılı kirliliktir. Bu kirlilikleri kontrol etmek zor olmaktadır. Tarımsal kaynaklı yüzeysel akışlar ve rüzgârın taşıdığı atıklar bu tarz kirliliklerdir.

Kirleticiler akarsulara ve denizlere doğrudan kentsel kanalizasyon sistemlerinden ve endüstriyel atık deşarjı yoluyla zararlı ve toksik atıklar olarak girer.

Bakır, altın gibi metallerin madenciliği başka bir deniz kirliliği kaynağıdır. Zararlı maddelerle zehirlenen toprak, akarsulara karışarak taşınır ve denizlere ulaşır. Yaygın bir sanayi atığı olan bakırın çıkarılma işlemi sırasında kullanılan kimyasal maddeler, toprağa karışır ve toprağı zehirler. Bu zehirli toprak, yeraltındaki ve yerüstündeki akarsular aracılığıyla denizlere ulaşarak yavaş yavaş denizleri de zehirler. Denizlerin kirlenmesi ya da daha doğru bir tâbirle kirletilmesi sonucunda, gözle görülemeyen en küçüğünden, yeryüzünün en büyük memeli hayvanlarına kadar tüm deniz canlılarının yaşam döngülerinde geri döndürelemeyecek önemde hasarlar oluşur.

Özellikle madencilik sektörünün, çevre koruma hususunda özenli ve dikkatli olduğu söylenemez. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı'nın verilerine göre ABD'nin batısında su kaynaklarının %40'ı madencilik nedeniyle kirlenmiştir. Bu kirliliğin büyük bölümü denizlere karışarak tüm yeryüzüne yayılmaktadır.

Tarım alanlarından, kentlerden, yol, bine, liman ve kanal inşaatlarından kaynaklanan yüzeysel akışlar karbon, azot, fosfor ve diğer minerallerden oluşan partikül ve topraği denizlere taşır. Besin maddesi yönünden zengin olan bu sular su yosunlarının ve fitoplanktonun yosun patlaması olarak bilinen şekilde kıyılarda aşırı olarak artmasına ve tüm oksijeni kullanarak oksijen azlığına neden olur. Kıyı bölgelerde, yollar ve otoyollardan gelen kirli yüzeysel akışlarda önemli bir kirlilik kaynağı olmaktadır.

Deniz kirliliğinde gemi kaynaklı farklı kirlilik nedenleri bulunur. Petrol sızıntısının etkileri önemli ölçüde harap edici olabilmektedir. Ham petrolde bulunan polisiklik aromatik hidrokarbonların (PAHs) deniz yaşamına toksik etkisinin yanı sıra temizlenmeleri çok güçtür ve deniz tabanında yıllarca kalabilmektedir.

Petrol sızıntıları deniz kirliliğinde en medyatik olaylardan biridir. Her ne kadar bir tanker kazası uluslararası basında manşetlere çıksa da denizlerdeki petrolün çoğu balast sularını denize döken tankerler, kaçak yapan boru hatları ve kanalizasyona akıtılan motor yağları gibi çok daha fazla küçük kaynaktan gelmektedir.

Dökme yük gemilerinden atılan kargo atıkları limanları, su yollarını ve okyanusları kirletmektedir. Çoğu durumda, kanunlarca yasaklanmış olmasına rağmen gemiler bilerek yasadışı atıkları denize deşarj etmektedir. Her yıl genellikle fırtınalar sırasında konteyner gemilerinden 10.000'den fazla konteynerın denize düşüp kaybolduğu tahmin edilmektedir. Gemiler ayrıca doğal yaşamı rahatsız eden gürültü kirliliği de yaratmaktadır. Balastlarından gelen su zararlı su yosunları ile diğer istilacı türleri yayar.

Denizde alınan ve limanda salınan balast suyu istenmeyen egzotik deniz türlerinin taşınmasında ana nedendir. Örneğin, Karadeniz, Hazar Denizi ve Azak Denizi'ne özgü istilacı tatlısı sebra midyelerinin Büyük Göller'e muhtemelen gemilerin balast suyuyla taşındığı düşünülmektedir. Tek bir istilacı türün bütün bir deniz ekosistemine zararına örnek olarak görünüşte zararsız bir denizanası olan ve günümüzde dünya üzerindeki tüm haliçlerde yaşayan "Mnemiopsis leidyi" gösterilebilir. İlk olarak 1982 yılında Karadeniz'e bir geminin balast suyu ile sokulduğu düşünülmektedir. Burada popülasyonu hızla katlanarak artan denizanası 1988 yılına gelindiğinde yerel balık avcılığına büyük bir darbe vurmuştur. 1984 yılında 204.000 ton avlanan hamsi avı 1993'te 200 tona, 1984'te 24.600 ton avlanan çaça avı 1993'te 12.000 tona, 1984 yılında 4.000 ton avlanan karagöz istavrit avı ise 1993 yılında sıfıra düşmüştür. Arık denizanası balık larvaları da dahil olmak üzere zooplanktonları tükettiği için sayıları önemli ölçüde azalmıştır ancak hâlâ ekosistemi tehdit altında tutmaktadır.

İstilacı türler, istila ettikleri bölgede yeni hastalıkların yayılmasını hızlandırabilir, yeni genetik özellikleri sokabilir, sualtı coğrafyasını değiştirebilir ve yerel türlerin besin bulmasını zorlaştırabilir. Yalnızca ABD'de istilacı türler yıllık 138 milyar US$ ekonomik kayba neden olmaktadır.

Bir başka deniz kirliliği kaynağı atmosferik kirliliktir. Plastik poşetlerin de içinde bulunduğu atık ve çöpler, çöplüklerden rüzgâr vasıtasıyla denizlere ulaşır. Sahra Çölü'nden kalkan toz subtropikal yüksek basınç alanının güney sınırı boyunca hareket eder ve sıcak mevsimde basınç alanının kuzeye doğru hareketiyle Karayipler ile Florida'ya taşınır. Gobi ve Taklamakan çöllerinden kalkan toz ise Kore ve Japonya üzerinden Pasifik Okyanusu'nun kuzeyinden Hawaii Adaları'na kadar taşınır. 1970'lerden beri Afrika'da kuraklık dönemlerinin artışıyla birlikte toz miktarında da önemli artışlar olmuştur. Karayiplere ve Florida'ya taşınan toz miktarında yıldan yıla büyük farklılıklar gözlemlenir; ancak toz akış miktarı Kuzey Atlantik salınımının pozitif evresinde daha büyüktür. USGS, toz bulutları ile Karayipler ve Florida'daki mercan kayalıklarının sağlığını 1970'lerden beri birbiri ile ilişkilendirmiştir.

İklim değişikliği deniz sıcaklıklarını artırmakta ve atmosferde bulunan karbondioksit oranını da yükseltmektedir. Yükselen karbondioksit oranları da okyanusların asitlenmesine neden olmaktadır. Bu da sonuç olarak su ekosistemlerini ve balık dağılımlarını değiştirmekte ve sürdürülebilir balıkçılığı dolayısıyla buna bağlı yaşayan toplulukları etkilemektedir. Sağlıklı okyanus ekosistemleri aynı zamanda iklim değişikliğini azaltmak için önemlidir.
Okyanus tabanından mineral çıkarılması süreci olan derin deniz madenciliği görece yenidir. Okyanus maden alanları genellikle deniz yüzeyinden 1.400 ila 3.700 metre derinlikte bulunan büyük polimetalik nodüller ile aktif ya da sönmüş hidrotermal bacalardır. Hidrotermal bacalar içinde gümüş, altın, bakıri mangan, kobalt ve çinko gibi kıymetli metaller barındıran büyük sülfür yatakları oluşturur. Bu yataklar hidrolik pompalar ya da kova sistemleri ile kazılarak işlenmek üzere cevherleri deniz yüzeyine çıkarır. Tüm madencilik işlemlerinde olduğu gibi derin deniz madenciliği de çevresine verdiği zararlar ile tartışmalara konu olmaktadır.

Derin deniz madenciliği yeni olduğu için çevre üzerine etkileri tam olarak bilinememektedir. Ancak uzmanlar okyanus tabanının bir kısmının koparılarak alınmasının bentik bölgede karışıklığa neden olacağından, suyun toksikliğini artıracağından ve sediment bulanıklığı yaratacağından emindirler. Okyanus tabanının bir bölümünün kaldırılması bentosu etkiler ve madenin yerine ve tipine göre kalıcı zararlar verebilir. Maden yapılan alandaki doğrudan etkisinin dışında kaçaklar, sızıntılar ve korozyon o bölgenin kimyasal yapısını da değiştirebilir.

Derin deniz madenciliğinin sonuçları arasında en büyük etkiyi sediment bulanıklığı yaratır. Çıkarılan mineraller ayıklandıktan sonra kalan sedimentin ince toz partikülleri halinde tekrar denize salınması su üstünde bulanık hâlde yüzen partiküllere neden olur. Bu bulanık su tabana yakın ya da su yüzünde olabilir. Atıkların madenin yapıldığı yere tekrar pompalanması sonucu tabana yakın bulanıklık oluşur. Yüzen partiküller suyun türbiditesini yani bulanıklığını artırarak bentik canlıların suyu filtreleyerek çalışan beslenme sistemlerini tıkar. Yüzeydeki sediment bulanıklıkları daha ciddi sorunlara yolaçar. Partiküllerin boyutlaruna ve su akıntılarına bağlı olarak çok geniş alanlara yayılabilirler. Suya ışığın girmesini engelleyerek ve zooplanktonları etkileyerek bölgedeki besin ağının önemli ölçüde etkilenmesine neden olur.

Okyanuslar karbondioksiti atmosferden absorbe eden doğal bir karbon alıcıdır. Atmosferdeki karbondioksit oranının yükselmesi ile birlikte okyanuslar daha asitli olmaktadır.
Okyanusların asitlenmesinin potansiyol sonuçları tam olarak anlaşılamamıştır ancak kalsiyum karbonatt