也許大家會問，海水裏不是也含有汞之類的元素，海底不也有重金屬礦藏嗎？為什麼它們不會汙染海洋環境呢？原來，海水中所含的金屬元素是水體所必需的構成物，而且含量不高；海底的重金屬礦藏在沒開采前隻是一種瘤狀固體，因此，它們是不會對海洋造成汙染的。然而，工業廢水和廢氣中的重金屬如果直接排入海洋，則會造成很嚴重的汙染。例如，排入海洋的汞主要是無機汞，無機汞在海洋環境中，在某些微生物的作用下，通過一係列生物化學過程，很快就會轉化為對生物有致命危害的有機汞，也就是甲基汞。這種汞可迅速地滲入生物體的細胞內，並與蛋白質中的硫氫基相結合，使生物體的活性受到抑製而導致死亡。日本的海洋公害事件“水俁病”就是甲基汞中毒的典型例子。
水俁是日本九州南部的一個小鎮。20世紀30年代初，當地擴建了一家合成醋酸廠，40年代後期開始生產氯乙烯。這個工廠在生產氯乙烯和醋酸乙烯的過程中，把大量含汞的廢水和廢渣排入了附近的水俁灣和大片的海域，汙染了海水，毒害了魚和貝類。沿岸居民吃了這些含汞的魚和貝類而得了“水俁病”，這種病使得患者小腦性運動失調，視野縮小，發音困難，並可通過母體影響胎兒，引起先天性汞中毒，產生畸胎。
微量的銅是人體所必需的元素，同樣，微量的銅對海洋生物不僅無害，而且還有益處。但是，當銅的濃度超過一定的限度時，就會對生物體產生毒害作用。例如，海水遭受銅的汙染後，能使牡蠣變綠，人吃了這種牡蠣便會嘔吐和腹瀉。同樣，鋅也會使牡蠣變綠，並導致牡蠣幼體的死亡。高濃度的銅和鋅還可腐蝕魚類的鰓和體表，使它們呼吸困難，以致死亡。此外，鉛、鎘、鉻等汙染都會使海洋生物遭受傷害，同時也危及人類的健康。
耗氧廢棄物汙染也使海洋深受其害。這種汙染是陸地上居民生活用水和工業廢水中含有的大量碳氫化合物等有機物質排入海洋而造成的，因此也稱有機汙染。耗氧廢棄物排入海洋後，被需氧微生物分解而大量消耗海水中的溶解氧，使得靠呼吸溶解氧而生存的浮遊動物和魚類等因缺氧而遭到危害，甚至窒息死亡。同時，有機物被分解後形成大量過剩的營養鹽類，從而造成水體的“富營養化”現象，促使某些藻類急劇繁殖，形成所謂的“赤潮”。“赤潮”的出現則導致了海洋魚類的大量死亡。當“赤潮”末期，大量藻類生物死亡腐爛，屍體被分解後又會進一步消耗水中的溶解氧，使魚和貝類等窒息而死。不僅如此，有些“赤潮”生物還會分泌出有害毒素，這些毒素不僅毒殺了魚和貝類，而且人一旦食用了這些魚貝，也會有中毒的危險。
人類在利用能源的同時，也會產生出一些廢熱，這些廢熱如果排入海洋，就會使局部海域的海水溫度升高，從而造成海洋環境的熱汙染。我們知道，各種海洋生物都有其固有的適溫範圍，如果超出這個範圍，海洋生物的生長發育規律及生理活動就要發生變化，從而妨礙海洋生物的生存和繁衍。大自然中的“厄爾尼諾”現象所造成的悲劇，在人類向海洋排放廢熱的時候亦會重演。
除上述的汙染外，對海洋環境造成汙染的物質還有放射性物質、農藥、化肥和懸浮固體等等。這些也都是造成海洋環境惡化的罪魁禍首，是海洋環境保護的大敵。