ประการแรก เมื่อเกิดน้ำมันรั่วไหล ฟิล์มน้ำมันจะก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำ ซึ่งกั้นแสงไม่ให้ส่องลงไปใต้ผิวน้ำเป็นเวลาหลายวัน หลายสัปดาห์ หรือแม้แต่หลายเดือน หากไม่ได้รับการควบคุมและกำจัดอย่างรวดเร็ว เนื่องจากพืชทะเลต้องการแสงแดดในการสังเคราะห์แสง หากไม่ได้รับแสงแดด พืชเหล่านั้นจะตายอย่างรวดเร็ว

ต่อมา น้ำมันที่รั่วไหลจะค่อยๆ จมลงสู่ทะเลและก่อให้เกิดมลพิษใต้น้ำ องค์ประกอบที่เป็นพิษสูงสามารถทำให้จุลินทรีย์หลายชนิดสูญหาย

นอกจากนี้ เมื่อเวลาผ่านไป น้ำมันรั่วไหลในทะเลก่อให้เกิดความเสียหายที่ไม่อาจกลับคืนได้ต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในระบบนิเวศท้องถิ่น เมื่อแหล่งอาหารและแหล่งสืบพันธุ์ลดลง สัตว์ที่อยู่รอดได้ก็จะอพยพไปยังถิ่นที่อยู่อื่น ส่งผลให้สูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพ