海洋中的复杂化学混合物包括许多内分泌（激素）干扰化学物。由于这类化学物质能够模拟或干扰生物体内激素的合成、输送和自然更新，或是与之竞争，因此即便是低水平的非线性暴露也可导致内分泌系统的短暂乃至永久变化。

　　现在有证据表明：在全球物种损失以及两栖动物、哺乳动物、鸟类、爬行动物、淡水和海洋鱼类以及无脊椎动物的数量减少方面，与内分泌干扰物的接触发挥了重要作用。内分泌干扰物会影响野生动物的繁殖、代谢、发育和免疫功能。这可导致对传染病的易感性升高（特别是在海洋哺乳动物当中）或激素敏感性癌症的发展。

　　发育中的生物特别容易受到内分泌干扰物的影响。在关键而敏感的发育阶段，对自然过程的任何干扰都可能改变生理系统的结构和/或功能，这种改变有时是不可逆转的。这同样适用于海洋哺乳动物、鱼类和其它物种，人类也不例外。

　　人类的内分泌相关疾病包括：男性生殖影响；隐睾症、尿道下裂、睾丸癌以及女性青春期提前；白血病；脑癌和神经行为障碍；肥胖、2型糖尿病和心血管疾病。

　　最广为人知的海洋环境内分泌干扰物故事是防污涂料中使用的三丁基锡对海洋软体动物的影响。含有三丁基锡的防污涂料被用于许多船只，它们经常停泊在靠近商业海贝养殖区的河流入海口和码头。

　　即使是浓度非常低的三丁基锡也会破坏许多软体动物的繁殖功能，一些雌性海洋蜗牛会出现名为“性畸变”的雄性性状。当浅表排泄管最终阻止卵子的释放时，雌性就会失去生育能力。1995年，一项对南澳大利亚海岸的海洋腹足类动物所做的调查显示，这些动物全都表现出“性畸变”。海洋软体动物的敏感性使其成为海洋生态系统中内分泌干扰的重要指标物种。

　　三丁基锡还能激活与脂肪发育相关的激素受体。在产前生活期间接触该种物质的小鼠变得更胖，这种特点可以传给后代。虽然大多数国家已经不再使用三丁基锡防污涂料，但仍在使用含锡塑料稳定剂，并且它们还被证明能引发鱼类的免疫紊乱并诱发腹足类动物的性畸变。

　　 由于市政和工业废水处理不当，水质受到严重威胁。多溴二苯醚, 和全氟/多氟烷基物质等多种污染物在废水处理厂中未被提取或销毁，已出现于污泥和污水中。

　　 城市废水还会对水生环境和海洋环境排放药物污染物。废水处理系统不是为了去除药物残留物而设计的，其中许多化合物被排放到废水中，因此进入水生环境和海洋环境。

　　 药物是以特定生物系统为目标的高活性化合物，即使在低浓度下也可能对各种生物的生理和行为产生不利影响。长期暴露于环境中复杂的药物混合物可能会加剧这些影响。

　　 已在海水（包括海冰和近岸海水）和沉积物中检测出药物残留物,有关方面凭借超过71个国家的数据确定了环境中631种不同的药剂（或其代谢产物和转化产物），包括抗生素、非甾体类抗炎药（NSAID）、镇痛药、降脂药、雌激素和其它治疗组的药物。

　　 在世界各地的河流系统中，最常见的61种药物化合物的中位浓度范围为6.2-163,673纳克/升。由于药物活性化合物被设计成在低浓度下具有活性，因此环境中的药物残留物即使在低水平下也可能对各种生物系统产生不利影响，并对生态系统产生更广泛的负面影响。南极的蛤蜊受到当地两个研究站污水排放的影响。

　　 一项研究发现，某淡水湖中的黑头呆鱼长期暴露于至低浓度（5-6纳克/升）的合成雌激素17α-乙炔雌二醇（EE2，用作避孕药）中，出现了生殖障碍。这导致该湖区鱼类种群完全崩溃。研究者们发现，由于食物网遭破坏，EE2对黑头呆鱼群和湖中其它小型鱼类的直接影响对整个湖泊生态系统产生了相应的间接影响。这些小鱼的损失导致较大捕食性鱼类（如鳟鱼）的食物供应减少，导致这些鱼类的状况相应变差。

　　虽然油轮或石油钻井平台灾害经常最为明显，但石油污染其实主要来自扩散源。石油通过城市和农场的雨水排放、工厂和其它工业设施的未经处理的废弃物以及未受管制的休闲游艇进入海洋。据估计，每年约有7.06亿加仑（约26.73亿升）的废油进入海洋，其中超过一半来自陆地排水和废弃物处置。

　　石油废弃物也来自海上钻井作业，例如油基钻井液和产出水处置、管道泄漏、井管故障和井喷。在第二次世界大战中沉没的一些船只仍然含有大量的石油。2003年，美国政府从1944年在西太平洋沉没的一艘美国油轮的船体中抽取了1,000万升燃料。一些太平洋小国的岛屿附近有许多二战沉船，无法解决这一石油污染源。石油也可能通过天然油藏的渗油进入环境。

　　严重的石油泄漏对海洋生物群和沿海渔业造成巨大危害。其直接影响可能是鱼类和野生动物的大规模死亡和污染，而长期的生态影响则可能包括海洋食物链的破坏和物种种群衰退。鱼类、海洋哺乳动物、海龟、两栖动物和海鸟均受到石油泄漏的影响。

　　对野生动物的危害包括诸如窒息、保暖能力减弱（例如海獭皮毛）等伤害，以及鸟类羽毛的防水能力受损。鸟类和海洋动物在尝试清洁自己或食 用沾染石油的猎物时，很可能吞下石油并中毒。

　　接触和摄食的毒性作用可导致生殖系统受损和行为改变。鱼类和贝类可以消化石油，但这会导致繁殖和生长速度的变化甚至死亡。具有重要商业价值的物种，如牡蛎、虾、鲯鳅、石斑鱼、箭鱼和金枪鱼，可能会遭遇种群衰退，被污染过于严重而不适合被捕获食用。

　　2010年的“深水地平线”石油泄漏导致500万桶石油和大约4.7万桶分散剂Corexit 9500和9527进入海洋环境。分散剂是基于碳氢化合物溶剂、乙二醇单丁醚，外加非离子和阴离子表面活性剂，对实验动物表现出毒性，影响其免疫、神经、心血管和肺系统。“深水地平线”溢油事故导致水下羽流路径中的微型有孔虫（带壳的单细胞生物）相继死亡，但它们在接下来的几年中确实有所恢复。还有证据表明鱼类出现异常皮肤病变207，一些鱼类的种群明显衰退。

　　 原油由一万多种物质组成，主要是碳氢化合物。精确的成分根据原产地而有所不同，但通常含有重金属等污染物。

　　 原油的一个重要成分是一组名为“多环芳烃”的物质。在海洋环境中，多环芳烃分为两类——燃烧源和石油源。燃烧源多环芳烃是由有机物质的不完全燃烧形成的，而石油源多环芳烃则存在于石油及其某些制品中。人们已经在挪威石油平台附近的贻贝中测出了多环芳烃。大规模的石油泄漏、管道泄漏和油轮事故将多环芳烃直接释放到海洋环境中。多环芳烃排放也与非常规天然气生产和不完全燃烧过程有关，例如发动机中的燃烧。加拿大阿尔伯塔省北部的焦油砂开采将多环芳烃释放到阿萨巴斯卡河。

　　 多环芳烃不易溶于水，往往会积聚或附着在沉积物颗粒上。这是湖泊和河流沉积物的一个严重问题，因为许多鱼类在这些沉积物中产卵，其胚胎也在此发育。多环芳烃可被水和土壤中的各种细菌和微生物缓慢降解，但许多微生物受到多环芳烃毒性的影响。这意味着多环芳烃能长时间保留在环境中。1989年，“埃克森·瓦尔迪兹”号（Exxon Valdez）油轮在阿拉斯加海岸搁浅，向沿海生态系统释放了高达1.19亿升的原油。多环芳烃在沿海沉积物中持续存在了20多年。

　　 一些多环芳烃和/或其降解产物具有高毒性，可导致鱼类和其它动物的癌症、变异和先天缺陷。对于发育中的鱼胚胎，复杂多环芳烃混合物的急性暴露会导致心脏畸形和水肿。将鱼胚胎暴露于多环芳烃污染的沉积物中，会导致长期的运动改变和行为改变。在幼体早期阶段也观察到了运动改变。研究人员还表达了对爬行动物暴露于多环芳烃的担忧，理由是畸形和发育异常、肿瘤、生殖毒性、孵化成功率和存活率。

　　 在“深水地平线”事故的第一次泄漏后约一个月，有关机构收集了受其影响的密西西比湾海岸产品样本。在所有四类海产品样本中检测到更高的总多环芳烃水平。