随着石油的发现和使用，石油污染相伴而生。据统计，每年通过各种渠道泄入海洋的石油和石油产品，约占全世界石油总产量的0．5％，倾注到海洋的石油量达200万吨～1000万吨，由于航运而排入海洋的石油污染物达160万吨～200万吨，其中1/3左右是油轮在海上发生事故导致石油泄漏造成的。我国海上各种溢油事故每年约发生500起，沿海地区海水含油量已超过国家规定的海水水质标准2倍～8倍，海洋石油污染十分严重。
石油是不溶于水的化合物，进入海洋中的石油会在海面上形成大面积的油膜，影响了海气系统物质和能量的交换。通常情况下，1吨石油在海上形成的油膜可以覆盖12平方千米的海面。海面覆盖着粘稠的大面积的油膜，影响了大气中的氧气进入海水中，影响了海洋对大气中二氧化碳等温室气体的吸收，使温室气体相对增多，进一步使全球变暖；大量海水不容易蒸发进入大气，使污染海区上空空气干燥，降水比其他海区明显减少。海洋上存在石油薄膜，海面的反射率加大，大大减少了进入海水中的太阳能。石油薄膜厚度小于1毫米时，22℃的海面温度经过10小时大约可增加1℃，更厚的油膜在同样的时间里将产生更大的效果，海面温度将升高几度。油膜的存在使海洋潜热转移量减少，污染海区上空大气，使年、日差别变大，使海洋失去调节作用，产生海洋荒漠化现象，直接影响到当地的气候和生态环境。
石油在海面上的氧化和分解需要大量的氧气。据统计，1升石油完全氧化达到无害程度，大约需要4万升的溶解氧。造成海洋中O2减少，CO2的相对增多，以及进入海水中的太阳光减少，使海洋中大量藻类和微生物死亡，厌氧生物大量繁衍，海洋生态系统的食物链遭到破坏，从而导致整个海洋生态系统的失衡；石油泄漏到海面，几小时后，便会发生光化学反应，生成酮、醇、酚、酸和硫的氧化物等，对海洋生物有很大的危害；海水含油量在0．1毫克/升时，孵出的鱼苗大都有缺陷，海洋石油污染使石油黏附在鱼卵和鱼腮上，使鱼类大量死亡；许多海鸟也因为翅膀黏附石油而不能飞行或在海中浮游以及食用被石油污染的鱼虾而生病死亡。由于向海洋排放的含有污油废水的比重大于海水，以及泄漏后的石油滴会黏附在海洋悬浮的微粒上沉落海底，这些有毒物质常常沿海底流动，污染了海底的底质和生物等，使生物大量死亡，破坏了海洋的生物多样性。海洋一旦遭到油污，后患将持续几十年。1991年海湾战争期间泄漏入海洋的石油数量高达150．7万吨，使当地沿岸生态遭受毁灭性破坏，生态恢复至少需要100年时间。
海洋作为一个巨大的资源宝库，是人类可持续发展的重要物质基础。海洋石油污染的发生使鱼虾类、贝类大量死亡，海带、紫菜等藻类腐烂，直接影响了海洋养殖和捕捞业的发展；石油污染物的生物富集作用严重影响了海洋生物的健康，人们食用这些被污染的海产品也会造成慢性中毒，甚至危及生命；海水中含有的石油及石油氧化物污染了海水，使沿海地区的海盐、海洋化工等生产受到影响，也污染了沿海地区的地下水；大量海上泄漏石油被海水冲上潮间带，形成很厚的石油覆盖层，污染了海滩并使沿海的植物、海鸟、海兽等死亡，也大大降低了空气质量和一些沿海景区的旅游价值；海洋荒漠化使海洋水循环蒸发环节减弱，进而影响整个系统，使陆地上降水减少、荒漠化现象更加严重，对全球灾害性天气的产生和气候变化也具有明显的影响，不利于环境的可持续发展。
