近年來石油對水體的汙染也十分嚴重，特別是海灣及近海水域。石油對水體汙染的主要汙染物是各種烴類化合物——烷烴、環烷烴、芳香烴等。在石油的開采、煉製、貯運、使用過程中，原油和各種石油製品進入環境而造成汙染，其中包括通過河流排入海洋的廢油、船舶排放和事故溢油、海底油田泄漏和井噴事故等等。當前，石油對海洋的汙染已成為世界性的環境問題。
1991年發生的海灣戰爭，人為地使大量原油從科威特的艾哈邁迪油港流入波斯灣，這是最大的一次石油汙染海洋事件，它將帶來難以估量的惡果。
石油或其製品進入海洋等水域後，對水體質量有很大影響，這不僅是因為石油中的各種成分都有一定的毒性，還因為它具有破壞生物的正常生活環境，造成生物機能障礙的物理作用。石油比水輕又不溶於水，覆蓋在水麵上形成薄膜層，既阻礙了大氣中氧在水中的溶解，又因油膜的生物分解和自身的氧化作用，會消耗水中大量的溶解氧，致使海水缺氧，同時因石油覆蓋或堵塞生物的表麵和微細結構，抑製了生物的正常運動，且阻礙小動物正常攝取食物，呼吸等活動。如油膜會堵塞魚的鰓部，使魚呼吸困難，甚至引起魚類死亡。若以含油的汙水灌田，也會因油膜粘附在農作物上而使其枯死。
水體汙染物中有一類屬於耗氧有機物，它們是來自於城市生活汙水及食品、造紙、印染等工業廢水中含有的大量碳氫化合物、蛋白質、脂肪、纖維素等有機物質，本身無毒性，但在分解時需消耗水中的溶解氧，故稱為耗氧（或需氧）有機物。
天然水體中溶解氧含量一般為5～10mg？L-1。當大量耗氧有機物排入水體後，使水中溶解氧急劇減少，水體出現惡臭，破壞水生生態係統，對漁業生產的影響甚大。這類物質對水體的汙染程度，可間接地用單位體積水中耗氧有機物生化分解過程所消耗的氧量（以mg？L-1為單位），即生物化學需氧量（BOD）來表示。一般用水溫在25℃時5天的生化需氧量（BOD5）作為指標，用以反映耗氧有機物質的含量與水體汙染的關係，一般情況下，水體中BOD5低於3mg？L-1時，水質較好。BOD5量愈高，表明溶解氧消耗就愈多，水質就愈差。因此，BOD5達到7.5mg？L-1時，水質不好；大於10mg？L-1時，表明水質很差，魚類已不能存活。
汙水中除大部分是含碳的有機物外，還包括含氮、磷的化合物及其他一些物質，它們是植物生長、發育的養料，稱為植物營養素。過多的植物營養素進入水體後，也會惡化水質、影響漁業生產和危害人體健康。含氮的有機物中最普遍的是蛋白質，含磷的有機物主要有洗滌劑等。
蛋白質在水中的分解過程是：蛋白質氨基酸胺及氨。隨著蛋白質的分解，氮的有機化合物不斷減少，而氮的無機化合物不斷增加。此時氨（NH3）在微生物作用下，可進一步被氧化成亞硝酸鹽，進而氧化成硝酸鹽，其過程為：第一步：氨被氧化成亞硝酸鹽2NH3＋3O2微生物2HN2＋2H2O第二步：亞硝酸鹽被氧化成硝酸鹽2HNO2＋O2微生物2H2O3。
這樣，複雜的有機氮化合物就會變成無機硝酸鹽。大量的硝酸鹽會使水體中生物營養元素增多。對流動的水體來說，當生物營養元素多時，因其可隨水流而稀釋，一般影響不大。但在湖泊、水庫、內海、海灣、河口等地區的水體，水流緩慢，停留時間長，既適於植物營養元素的積累，又適於水生植物的繁殖，這就引起藻類及其他浮遊生物迅速繁殖。當這些水體中植物營養物質積聚到一定程度後，水體過分肥沃，藻類繁殖特別迅速，使水生生態係統遭到破壞，這種現象稱為水體的富營養化。