Biển là nơi tiếp nhận phần lớn các chất thải từ lục địa theo các dòng chảy sông suối, các chất thải từ các hoạt động của con người trên biển như khai thác khoáng sản, giao thông vận tải biển. Trong nhiều năm, biển sâu còn là nơi đổ các chất thải độc hại như chất thải phóng xạ của nhiều quốc gia trên thế giới. Các biểu hiện của sự ô nhiễm biển khá đa dạng, có thể chia ra thành một số dạng như sau:

• Gia tăng nồng độ của các chất ô nhiễm trong nước biển như dầu, kim loại nặng, các hoá chất độc hại.
• Gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm tích tụ trong trầm tích biển vùng ven bờ.
• Suy thoái các hệ sinh thái biển như hệ sinh thái san hô, hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển v.v...
• Suy giảm trữ lượng các loài sinh vật biển và giảm tính đa dạng sinh học biển.
• Xuất hiện các hiện tượng như thuỷ triều đỏ, tích tụ các chất ô nhiễm trong các thực phẩm lấy từ biển.

Công ước Luật biển năm 1982 đã chỉ ra 5 nguồn gây ô nhiễm biển: Các hoạt động trên đất liền, thăm dò và khai thác tài nguyên trên thềm lục địa và đáy đại dương, thải các chất độc hại ra biển, vận chuyển hàng hoá trên biển và ô nhiễm không khí.

• Các nguồn ô nhiễm từ lục địa theo sông ngòi mang ra biển như dầu và sản phẩm dầu, nước thải, phân bón nông nghiệp, thuốc trừ sâu, chất thải công nghiệp, chất thải phóng xạ và nhiều chất ô nhiễm khác. Hàng năm, các chất thải rắn đổ ra biển trên thế giới khoảng 50 triệu tấn, gồm đất, cát, rác thải, phế liệu xây dựng, chất phóng xạ. Một số chất thải loại này sẽ lắng tại vùng biển ven bờ. Một số chất khác bị phân huỷ và lan truyền trong toàn khối nước biển.
• Trong tương lai, do khan hiếm nguồn trên lục địa, sản lượng khai thác khoáng sản đáy biển sẽ gia tăng đáng kể. Trong số đó, việc khai thác dầu khí trên biển có tác động mạnh mẽ nhất đến môi trường biển. Hiện tượng rò rỉ dầu từ giàn khoan, các phương tiện vận chuyển và sự cố tràn dầu có xu hướng gia tăng cùng với sản lượng khai thác dầu khí trên biển. Vết dầu loang trên nước ngăn cản quá trình hoà tan oxy từ không khí. Cặn dầu lắng xuống đáy làm ô nhiễm trầm tích đáy biển. Nồng độ dầu cao trong nước có tác động xấu tới hoạt động của các loài sinh vật biển.
• Loài người đã và đang thải ra biển rất nhiều chất thải độc hại một cách có ý thức và không có ý thức. Loại hoá chất bền vững như DDT có mặt ở khắp các đại dương. Theo tính toán, 2/3 lượng DDT (khoảng 1 triệu tấn) do con người sản xuất, hiện đang còn tồn tại trong nước biển. Một lượng lớn các chất thải phóng xạ của các quốc gia trên thế giới được bí mật đổ ra biển. Riêng Mỹ năm 1961 có 4.087 và 1962 có 6.120 thùng phóng xạ được đổ chôn xuống biển. Việc nhấn chìm các loại đạn dược, bom mìn, nhiên liệu tên lửa của Mỹ đã được tiến hành từ hơn 50 năm nay. Riêng năm 1963 có 40.000 tấn thuốc nổ và dụng cụ chiến tranh được hải quân Mỹ đổ ra biển.
• Hoạt động vận tải trên biển là một trong các nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm biển. Rò rỉ dầu, sự cố tràn dầu của các tàu thuyền trên biển thường chiếm 50% nguồn ô nhiễm dầu trên biển. Các tai nạn đắm tàu thuyền đưa vào biển nhiều hàng hoá, phương tiện và hoá chất độc hại. Các khu vực biển gần với đường giao thông trên biển hoặc các cảng là nơi nước biển có nguy cơ dễ bị ô nhiễm.
Ô nhiễm không khí có tác động mạnh mẽ tới ô nhiễm biển. Nồng độ CO₂ cao trong không khí sẽ làm cho lượng CO₂ hoà tan trong nước biển tăng. Nhiều chất độc hại và bụi kim loại nặng được không khí mang ra biển. Sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển trái đất do hiệu ứng nhà kính sẽ kéo theo sự dâng cao mực nước biển và thay đổi môi trường sinh thái biển.

Bên cạnh các nguồn ô nhiễm nhân tạo trên, biển có thể bị ô nhiễm bởi các quá trình tự nhiên như núi lửa phun, tai biến bão lụt, sự cố rò rỉ dầu tự nhiên v.v...

Bảo vệ môi trường biển là một trong những nội dung quan trọng của các chương trình bảo vệ môi trường của Liên Hợp Quốc và các quốc gia trên thế giới. Công ước Luật biển năm 1982, Công ước Marpol 73/78 chống ô nhiễm biển, Công ước quốc tế 1990 về việc sẵn sàng đối phó và hợp tác quốc tế chống ô nhiễm dầu đã thể hiện sự quan tâm của quốc tế đối với vấn đề ô nhiễm biển.