水体增温加速了水生态系统的演变或破坏。硅藻在 20℃的水中为优势种；水温32℃时，绿藻为优势种；水温 37℃时，只有蓝藻才能生长。鱼类种群也有类似变化。对狭温性鱼类来说，水温在 10～ 15℃时，冷水性鱼类为优势种群；水温超过 20℃时，温水性鱼类为优势种群；当水温为 25～ 30℃时，热水性鱼类为优势种群。水温超过 33～ 35℃时，绝大多数鱼类都不能生存。水生物种群之间的演变，以食物链相联结，升温促使某些生物提前或推迟发育，导致以此为食的其他生物因得不到充足食料而死亡。食物链中断可能使生态系统组成发生变化，甚至破坏。
水体升温加速了水及底泥中有机物的生物降解和营养元素的循环，藻类因而过度生长繁殖，导致水体富营养化；有机物降解又加速了水中溶解氧消耗。
某些有毒物质的毒性随水温上升而加强。例如，水温升高10℃，氰化物的毒性就增强 1倍；而生物对毒物的抗性，则随水温的上升而下降。
水体热污染区域可分为强增温带、适度增温带和弱增温带。热污染的有害效应一般局限在强增温带，对其他两带的不利影响较小，有时还产生有利效应。热污染对水体影响程度取决于热排放工业类型、排放量、受纳水体的特点、季节和气象条件等。
各国对水热污染及其影响进行了多方面的研究，并制定了冷却水温度的排放标准。美国、俄罗斯等国按不同季节和水域，制定了冷却水温度的排放标准；德国以不同河流的最高允许增温幅度为依据，制定了冷却水温度排放标准；瑞士则以排热口与混合后的增温界限为最高允许值，确定排放标准。中国和其他一些国家尚未制定有关标准。
1.热污染对鱼类的影响
人类是温血动物，对于外界温度变化有良好的适应能力，而生活在水中的生物大多属于冷血动物，对于水温的改变非常敏感，忍受热污染的能力也非常有限。鱼类不断地洄游，一方面是为了觅食；另一方面也是为了寻求适温的环境。例如，每年夏季，小管鱼类常洄游到中国台湾北部沿海；每年冬季，乌鱼常成群在台湾地区西岸沿海出现。这些都是鱼类寻求适温环境的行为，也就是因为水中生物对水温变化比较敏感，因此热污染在水中比在陆地上更容易造成生态环境的改变。
热污染提高水温对鱼类的影响有以下几点：
（1）加快鱼类的新陈代谢率。一般而言，水温每增加 10℃，鱼的新陈代谢率就加倍，如 25℃时新陈代谢率为 15℃时的 2倍，35℃时新陈代谢率为 15℃时的 4倍。水温增加会使水中的溶氧量减少，而鱼类却因新陈代谢加快而需要更多的氧。因此，水温增加到某一限度，鱼类便会死亡。每一种鱼的致命温度并不相同，如北美洲一种褐色鳟鱼的致命水温为26℃，而小龙虾则可以忍受水温升至35℃才死亡。
（2）可能使鱼类停止繁殖。鱼类都是在一小范围的适温环境产卵，水温增高，鱼类排卵的数目往往就会减少，有时甚至无法排卵。而且，水温增高也会影响卵的正常发育。例如，一种大西洋的鲑鱼受精卵，在2℃的温度中需经 114天的孵化，小鱼才出来；水温提高到 7℃，孵化期就缩短为 90天，太早孵出的未必是健康的小鱼。鱼的成长也会受到影响，水温再提高，受精卵甚至都无法孵化了。因此，在一个比较封闭的水体中，如小湖或小溪，水温提高到某一限度，虽然没使成鱼立刻死亡，但可能使某些鱼终将绝迹。
（3）会缩短鱼的寿命。由于水温增高会缩短卵的孵化时间以及加速鱼的新陈代谢率，因此很容易推想鱼的寿命也会缩短。例如，北美洲一种淡水水蚤在8℃的水温中可活 108天，但在 28℃的水中只能活 29天，鱼的寿命减短了，当然，就长不到它应有的长度与重量。
（4）可能破坏食物链。所谓食物链就是：大鱼吃小鱼、青蛙；小鱼、青蛙则以蚊虫、小虾等为食；蚊虫、小虾等则以水草、藻类等为食。上述4类生物死亡后氧化分解产生营养盐分，又可作为水草、藻类等的养料。如果热污染的结果造成其中一类生物的死亡，也可能使得以其为食的生物死亡，依此类推，这个生态系统就可提高水温对其他水中生物的影响度，也与鱼类的相差不多。然而鱼类会游泳，如果海洋受到热污染，鱼类尚能避开受污染的地方，伤害会减少一些。但附着在海底的生物，如珊瑚等，那就难逃一劫了。
3.核能电厂与热污染
核能电厂利用核子反应产生热能发电时，不可能使热能百分之百转换为电力。多余的废热需要利用大量冷水带走，发电机才能运转。例如，我国台湾地区四周环海，海水很容易取得，因此台湾地区的核能电厂都是建在海边，利用海水冷却，使用过后的海水水温提高了，又被排回海洋。
一般而言，排放温水有两种方式：
（1）建一条排放管到离岸稍远处，在中层排放，以避免伤害到海底生物。由于高温的海水较轻，排放后往上浮而渐与上层海水混合，等浮到海面，水温已降低许多，对海洋生态的影响便可降低。利用这种方式排放温水比较好，但所花的成本也较高。
（2）在海边直接排放于海面，用这种方式比较省钱，但对海洋生态的影响也较大。到目前为止，中国台湾现有的三座核能电厂都是用第二种方式，在海边把温水排放到海面。
截至 2008年，在台湾地区北部沿海的核一、核二厂，排放的温水并未造成多大影响。南部核三厂的温排水却伤害了排水口附近浅处的珊瑚。造成南、北核能电厂的区别并非核三厂的冷却系统设计比核一、核二厂差，而是因为核三厂排水口附近刚好有很多生长良好的珊瑚，再加上当地海水的温度终年都比北部沿海的高3～ 5℃。核三厂所在的南湾在台湾地区最南端，在冬季时黑潮支流流入台湾海峡，南湾海水主要来自黑潮。夏季时中国南海海水流入台湾海峡，此时南湾海水主要来自中国南海。这两种水团的水温都很高，南湾冬季表面水温仍达 24℃左右，夏季则常达29℃，甚至更高。所以，它能够忍受升温的空间就小多了，也因此核三厂的温排水对生态的影响特别引人注目。
珊瑚最适合在热带与亚热带的温暖海洋中生长，中国台湾气候属亚热带型，特别是南湾海域位于台湾地区最南端，海水温度全年都在20℃以上，最适于珊瑚生长。
据调查，南湾已发现的珊瑚共有179种之多，这些珊瑚在 35℃的高温海水中便会死亡，如在 31～ 33℃的水温中，时间稍长，珊瑚便会白化，甚至死亡。
台湾地区电力公司早在 20世纪80年代就开始建核三厂，有两部发电机。第一部于 20世纪 80年代初开始运转，冷却系统排出的温水水量不大，对排水口附近的珊瑚并无多大影响。到了 1987年，两部机组开始稳定地同时发电。同年 7月，部分排水口附近浅处珊瑚开始白化了。到了冬天，白化的珊瑚有些又重获生机，但到了来年夏天，珊瑚又白化了，而且面积也有扩大的趋势。
海洋污染源包括天然源和人为源，具有范围广、入海途径方式多样、污染物种类多、入海量大等特点。
海洋中部分污染物是由自然活动产生的，如海底火山喷发等海洋灾害产生的污染物，部分生物生命活动产生的污染物等。
1.海洋物理性污染
海洋物理性污染主要包括悬浮物污染、热污染和海洋放射性污染。
悬浮物污染是由于人类活动导致海水中悬浮物含量过多对海洋环境造成的损害。悬浮物主要来源于土壤流失、河流输入、海洋倾倒等过程。
热污染一般发生在局部海区，来自火力发电、核电、冶金、化工、石油、造纸和机械等工业的冷却水，若不采取措施直接排入海洋，可能引起海水水温升高、溶解氧含量降低、海水中有毒物质浓度增加等现象，从而危及海洋生物的生存。
海洋放射性污染是指人类活动产生的放射性物质进入海洋环境而造成的污染，主要来源于核武器在大气层和水下的爆炸，核工厂向海洋排放低水平放射性废物，向海底投放放射性废物，核动力舰艇等放射性泄漏等。放射性物质入海后，主要通过悬浮物吸附、凝集、絮结等途径沉降于海底，因此，海洋沉积物是放射性元素的主要储藏场所。
2.海洋悬浮物污染
由于土壤流失、海洋倾废等过程导致海洋水体中悬浮物含量过多从而对海洋环境造成的损害称为海洋悬浮物污染。
海洋水体中的悬浮物包括有机物和无机物两类组分。第一，有机组分。主要是生物残骸、排泄物和分解物，由纤维素、淀粉等碳水化合物、蛋白质、类脂物质和壳质组成。第二，无机组分。包括石英、长石、碳酸盐和黏土等大陆性矿石碎屑在海水化学过程中生成的次生矿物及在生物过程中生成的生源物质等。
3.海洋有机物污染
人类生活污水的大量排放和工业“三废”尤其是固体粉末状废物大量进入海洋可造成海水中悬浮物含量大量增加。悬浮物含量决定着海水的水色和透明度，还直接影响海水的声学和光学性质。海水中悬浮物过多可导致真光层厚度和光强度降低，使海洋植物的光合作用减弱，进而影响其他营养级的生物量，降低海洋生产力。悬浮物含量过多还会引起海水水质恶化，影响海洋环境的使用价值并对海洋生物造成有害影响。悬浮小颗粒物会堵塞鱼类的腮，导致其呼吸困难和死亡。
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和营养盐造成的污染。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生化需氧量、化学需氧量或总有机碳反映。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 1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。
4.海洋污染物毒性效应
俗语说“三条腿的蛤蟆不好找”，然而在河北省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，水中可能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，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。
5.面源污染海洋
有些污染我们很容易找到污染源，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，如农业、林业的施肥，大面积的使用农药，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、湖泊及海湾，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要困难许多，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施，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。
§§§第二节为地球做“心肺复苏”