海洋汚染（かいようおせん）とは、海域や海水が人間の活動によって排出された物質（廃棄物）で汚染されることをいう。このような廃棄物には、有毒な元素や化学物質だけでなく、一般家庭から排出される油脂やとぎ汁などのすべての有機物、ペットボトルやビニール袋などの腐食しにくいゴミ、近代の農業に不可欠な化学肥料など多種多様なものがある。
大規模な環境破壊に通じる例として、戦争による石油関連施設の破壊、悪天候や人為的ミスによるタンカーの座礁による原油流出事故がある 。しかし、これらは短期的であるため生物には結局少ない損害しか与えないのに対し、一見すると無害に思えるが汚染が長期的である有機物と栄養塩は、特定の水生生物の絶滅という決定的な破壊をゆっくりと着実に引き起こしており、しかも人口増加に比例して汚染量が増え続けるという厄介な問題を抱えている 。現在では、ほとんど全ての国際主要河川の河口部で、富栄養化による赤潮や青潮が頻繁に起こっており、漁業に大きな被害が出ている。また、汚染によるヘドロの堆積と藻場の減少という問題は、海洋生物の産卵場所の減少を意味し、海洋生態系に深刻な影響を及ぼしている。
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全地球的な海洋汚染となっているもののひとつに、環境中に放出された特定の有害物質（有機水銀、PCB、殺虫剤BHC などが有名である）がある。これらは、水に溶けて海へ流出した時点では低濃度であっても、プランクトンなどの海洋生物の体内取り込まれると食物連鎖によって次々と生物濃縮が起こり、連鎖の頂点にいるマグロや鯨などには高濃度に蓄積する。このような生物を多量に食べると健康被害や知能の低下を引き起こすと言われている。