海洋有机污染是指排放入海的生活污水、工业废水、农牧业废水和地表径流污水中过量的有机物质（碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸酯类等）和营养盐（氮、磷等）造成的污染。海域中排入适量的营养盐和有机物，有利于浮游植物的生长，提高海域的初级生产力，但过量排入有机物和营养盐则对海水水质和海洋生物产生有害影响。海洋有机物污染可用五日生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（COD）或总有机碳（TOC）反映。其危害作用主要取决于入海污水的类型、数量以及接纳水体的自净能力。海洋有机污染的危害主要表现在：①覆盖，遮光。进入海洋的有机物部分漂浮或悬浮于海面，影响海洋植物的光合作用。覆盖力很强的纤维素等黏稠物，能使海洋动物窒息而死。②耗氧。过量有机物在微生物降解过程中会消耗大量溶解氧。据测定每生产一吨纸浆所排出的木质素要消耗200～500千克氧气，即可以耗尽2万～7万吨海水中的氧。③富营养化。大量氮、磷排放入海，促使水体富营养化，导致生物区系组成简单化，污水生物大量生长，干扰或破坏海洋生态平衡。④致病，致毒。过量营养盐排入海洋，使细菌和病毒大量繁殖，危害水生生物的生长发育，进而通过食物链危害人体健康。
海域污染的浓度控制和总量
要防止和消除海洋污染，需要对污染源进行海域污染控制，即对引起海域环境质量下降的污染物的源排放强度进行控制。目前国内外海洋污染控制主要有浓度控制和总量控制两种方式。
浓度控制是指以控制污染源排放口排出污染物的浓度为核心的环境管理方法体系，核心内容是以国家环境污染物浓度排放标准对污染物的排放实施控制，目前我国主要采用这样的污染控制方式，优点是简单易行，只要监测总排放口的浓度即可，但是它存在的严重缺点是无法排除以稀释手段降低污染物排放浓度来向海洋排污，不利于对不同企业的污染作出确切的评价和比较，也没有对不同大小的污染源区分对待。
总量控制于20世纪60年代首先在日本实施，目前日本、美国等发达国家都在实行。在发生源密集的地区，以环境质量标准为基础，考虑自然特性，计算出满足环境质量标准的污染物总允许排放量，然后综合分析区域内所有的污染源，建立一定的数学模式，计算每个源的污染分担率及其相应的允许排放量，求得最优方案。
浓度控制最为简易，在我国也最为普遍：总量控制法操作上最为复杂，我国目前正大力普及，这种污染控制方式对区域环境整治最为有效。海域污染控制实践证明，单纯“达标排放”的浓度控制原则并不能有效控制近岸海域环境质量下降的趋势：排放浓度实现了达标排放，但是污水排放总量若增加，实际泄入和积累在受纳海域的污染物总量会有增无减。因此，应提倡总量控制、和浓度控制双管齐下，既要控制污染源的排放总量，又要控制其排放浓度。
海洋污染物毒性效应
俗语说“三条腿的蛤蟆不好找”，然而在河北太行山脚下行唐盛的矿场水坑中却有大量的“三腿蛙”。这些青蛙自幼生活在矿坑的雨水中，可能水中存在大量矿物质或重金属在青蛙蜕变过程中对其生长发育造成影响，导致变异。这些存在于外界环境中的外源化学物，能被机体接触并进入体内，干扰或破坏机体的正常生理功能，引起暂时性或持久性的毒性效应甚至危及生命。毒性效应按表现形式可以分为生长效应、生殖效应、形态结构效应、行为效应及致死效应，致死效应是最强烈的损伤效应，受影响机体在短时间内死亡。
毒性效应产生的机理主要是对酶的抑制，另外有可能进入体内与受体结合、或使得生物膜通透性改变、或发生自由基反应等等，有急性毒性效应和慢性毒性效应之分。当外来化学物质进入海洋环境，使得海洋生物一次性（或24小时内多次）暴露于高浓度的外源化学物、在短时间内引起的毒性作用，就是急性毒性作用。常常通过急性毒性试验得到外源化学物的半致死浓度，进而研究其毒性大小，探求化学物的致死剂量，以初步评估其对人类可能毒害的危险性。
面源污染海洋
一有些污染我们很容易找到污染源，例如通过排污管排入河道的排污口，进行离岸排放的深海排放口等，这些属于点源污染。但是还有些污染我们却很难确定其污染源，它们属于面源污染，经由降雨、土壤渗沥、表层流等渗滤进入表层水、地下水造成大面积污染事件的发生。这样的污染，往往是由人们近期或过去的陆地活动造成的，比如农业、林业的1肥，大面积的施放农药，道路等交通线路释放的污染，从化工厂排放的污染物进入大气后发生的大气沉降等等。这些污染源单独来看可能都不严重，但是对于其受纳环境来说，其综合污染有可能很强。
英国苏格兰“2007年重要水管理事件报告”指出，对于河流、潮泊及海湾，农业造成的面源污染都是最大污染源，从2005年起实施“水环境管理法规”治理面源污染。面源污染的控制和治理比点源污染难得多，其控制和治理需要人们从根本上改变对土地的使用及管理方式，并制定法规有效地管理土地的使用。英国认为，为控制、管理面源污染，需要采取两个重要措施，建立可持续城市排水系统以及鼓励敏感流域耕作，这是对于面源污染的主动防御措，英国选定了40个汇水流域优先监控其因农业耕作造成的污染情况，管理土地使用，确保排水达到汇水流域的生态要求，降低农业面源污染。
海洋中流动的污染源
海洋污染源包括陆源污染、海域工程污染、海上处理废弃物污染及船舶污染等。船舶污染属于流动污染，主要污染物类型是废油、废气、压舱水、生活垃圾和污水等，包括（1）船舶操作污染源，这种污染的产生主要是船舶工作人员的故意或过失造成的。如：船舶工作人员故意将含有害物质的洗舱污水排入海洋、故意将含有污油的机舱污水未经处理排入海洋或将燃油排入海洋。（2）海上事故污染源，如船舶由于发生船舶碰撞、搁浅、触礁等海上事故使燃油外溢对海洋造成的污染。（3）船舶倾倒污染源，经由船舶有意将陆地工厂所产生的生产废料、生活垃圾、清理被污染的航道河道所产生的受污染的淤泥倾倒入海洋。
对于这些流动污染源的控制与管理，主要是通过对海上流动污染源发生规律的研究和利用遥感技术、航测技术、超声波技术等现代科技手段对流动污染源进行监视预测，提出建立海上流动污染源监视预测的工程系统和建设方案。由于海上船舶污染源具有流动性、国际牲以及污染后果严重性等特殊性质，目前主要的法律制度相当一部分受加入的有关国际公约的约束。
全球气候变化与海洋环境
近年来人们普遍关注的全球变化是指人类社会本身及其赖以生存和发展的地球环境正在发生的一系列变化，主要包括全球人口增长、土地利用和覆盖的变化、大气成分变化、全球气候变化、生源物质生物地球化学循环的变化和生物多样性丧失等方面，这些变化既相互独立，又相互影响。其中，全球气候变化是指全球范围内气候平均状态的统计学意义上的显着改变或者持续较长一段时间（10年或更长）的气候变动。在地球演化的历史长河中，地球经历了“冰期一间冰期”的大尺度气候变动，气温在一定的范围内呈现不规则的自然波动。近100多年来，尽管全球平均气温也经历了“冷—暖—冷—暖”两次波动，但总体表现为上升趋势。据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）2007年报告，在过去100年间地球表面温度已经上升了（0．74±0．18）℃，未来100年内全球气温估计还将上升1．4～5．8℃，总体特征表现为全球变暖。尤其是进入20世纪80年代后，全球气温明显上升，据世界气象组织（WMO）2008年的报道，1998～2007年是有记载以来最暖和的10年。全球变暖加速的趋势是很明显的。
多数科学家认为，导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），进行大规模农业和畜牧业生产，以及焚烧垃圾处理等都会向大气中排放温室气体，排放出大量的CO2等多种温室气体，主要有二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）和甲烷（CH4）。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波段的红外辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致了全球气候的变暖。研究表明：1000年来大气中上述三种主要温室气体的浓度升高情况，可以看出19世纪以来工业化快速发展的100多年间是温室气体浓度快速飙升的时期。人为释放的CO2是导致气温升高的主要原因，目前，大气中C02浓度已达到387ppm，是65万年以来的最高值，过去10年中大气CO2浓度以每年1．8ppm的速度增长。大气中的氧化亚氮和甲烷浓度目前也已达到314ppb和1745ppb。虽然后两种温室气体与CO2相比在大气中浓度低很多，但它们的单位重量温室效应能力是C02的298倍和20倍。
另外，人类过量砍伐森林、破坏植被、改变土地利用方式和污染环境等都会加剧全球变暖的进程。还有，气候和其他人为因子（尤其是对生物资源的过度利用）的协同作用，将可能加重由气候引起的种种变化。由此可见，过去几百年来，人类活动已经成为气候系统的一个附加而重要的成分。
全球变暖已给人类及其赖以生存的生态环境带来了灾难性的后果，如极端天气、冰川消融、永久冻土层融化、珊瑚礁死亡、海平面上升、生态系统改变、旱涝灾害增加、致命热浪等。
海洋和大气是一个系统的两个方面，不断进行热量和气体的交换，气候系统在一系列的时间尺度范围内自然变动，如季节循环、年际格局（如ENSO）、十年际变动（如北大西洋和太平洋十年际涛动和千年尺度的变化（如冰期－间冰期转换）都属于自然变动。自然的变化反映在物种的进化适应和大尺度的生物地理学格局上。人类活动引起的全球气候快速变暖趋势也将导致海洋生态系统发生一系列物理和化学的连锁反应，使人们对气候变动的规律更加难以琢磨。
过去100年来，大气和表层水温升高0．4～0．8℃，海水受热膨胀和融冰导致海平面以大约2mm／a的速率上升。由于大陆上空比海洋上空的变暖趋势更强，沿着大洋边沿的气压梯度和风场将会被加强，导致东边界流区的上升流增强，增加了海洋表层营养盐的可获得性（如加利福尼亚沿岸）。但是，表层海水升温也会使温跃层被加强，阻止了营养盐被上升流带到表层。大气环流的改变还会引起风暴频率的改变，如已经观测到沿岸冬季风暴增多。大气环流变化也会改变降水格局，导致沿海盐度、浊度和陆源营养盐、污染物流入的变化。气候变化还会引发大尺度海洋环流的改变，如加利福尼亚海流的平流减弱和北大西洋环流系统的改变。另外，气候变暖会使类似厄尔尼诺的现象发生得更加频繁。
温室气体浓度升高将对海洋生物地化循环产生重要影响。到2100年，预计大气CO2浓度将从工业化以前的280ppm上升到540～970ppm。从1800～1994年人类活动释放的CO2近一半已被储藏在海洋中，约30％现代排放的CO2被海洋吸收。持续吸收大气CO2将会导致海水pH在几个世纪后实质性降低，即出现海洋酸化现象，从而改变海洋中生物钙化所必需的文石和方解石的饱和浓度。模型预测未来100年，海水pH将下降0．3～0．5，比过去2亿～3亿年来的变化幅度还大，将使许多海洋生物难以适应。最后，大气CO2含量增加被认为会消耗大气中的臭氧，可能导致地球表面紫外线辐射水平升高。
由于海洋生物地化循环对温室气体增加的反馈十分复杂，涉及云层、紫外辐射、浮游生物生产力和海洋微藻释放二甲基硫等过程和机制，目前还很难准确预测未来的温度和CO2浓度的实际变化及其对海洋环境的确切影响，但可以肯定的是气候变化还会带来其他更加复杂的环境变化。