Lorsque des nutriments en excès pénètrent dans un plan d'eau, la prolifération des plantes et des algues peut s'accélérer au-delà des niveaux naturels. Cet enrichissement en nutriments est appelé eutrophisation. Dans l'océan, il est particulièrement marqué dans les zones côtières qui reçoivent les eaux de ruissellement agricoles, les eaux usées et les dépôts atmosphériques d'azote.

Il en résulte souvent une prolifération plus dense de phytoplancton. Lorsque la matière organique excédentaire coule et se décompose, elle consomme de l'oxygène, provoquant parfois une hypoxie ou une anoxie. D'autres conséquences s'ajoutent à ce phénomène : modification de la composition des espèces, disparition des herbiers marins par ombrage et proliférations algales nuisibles plus fréquentes. Les coûts écologiques et économiques comprennent la mortalité des poissons, la fermeture des zones de pêche aux coquillages et la dégradation des eaux de baignade.

La lutte contre l'eutrophisation exige de réduire les apports de nutriments à la source, notamment par une meilleure gestion des engrais, le traitement des eaux usées et la protection des zones humides qui absorbent ces nutriments. Le rétablissement des écosystèmes peut prendre des années, voire des décennies, après la réduction des apports, car les sédiments continuent de libérer les nutriments stockés. Des programmes de surveillance permettent de suivre les concentrations de chlorophylle, d'oxygène et de nutriments afin d'évaluer l'état et les tendances de la situation.

Une baie côtière autrefois limpide peut devenir chroniquement trouble et pauvre en oxygène sous l'effet d'une eutrophisation prolongée.