Khi lượng chất dinh dưỡng dư thừa xâm nhập vào nguồn nước, sự phát triển của thực vật và tảo có thể tăng tốc vượt quá mức tự nhiên. Hiện tượng phú dưỡng này được gọi là phú dưỡng hóa. Ở đại dương, hiện tượng này thể hiện rõ nhất ở các vùng ven biển tiếp nhận nước thải nông nghiệp, nước thải sinh hoạt và lượng nitơ lắng đọng trong khí quyển.

Hậu quả tức thời thường là sự bùng phát mạnh mẽ của tảo phù du. Khi lượng chất hữu cơ dư thừa chìm xuống và phân hủy, oxy bị tiêu thụ, đôi khi dẫn đến tình trạng thiếu oxy hoặc không có oxy. Sự thay đổi về thành phần loài, mất đi thảm cỏ biển do bị che khuất ánh sáng, và sự bùng phát tảo độc hại thường xuyên hơn là những hậu quả khác. Chi phí về mặt sinh thái và kinh tế bao gồm hiện tượng cá chết hàng loạt, các khu vực nuôi trồng động vật thân mềm bị đóng cửa và chất lượng nước phục vụ mục đích giải trí bị suy giảm.

Kiểm soát hiện tượng phú dưỡng đòi hỏi phải giảm lượng chất dinh dưỡng đầu vào ngay tại nguồn – thông qua quản lý phân bón, xử lý nước thải và bảo vệ các vùng đất ngập nước có chức năng giữ lại chất dinh dưỡng. Quá trình phục hồi có thể mất từ ​​vài năm đến vài thập kỷ sau khi lượng chất dinh dưỡng được giảm bớt, bởi vì trầm tích vẫn tiếp tục giải phóng các chất dinh dưỡng đã tích trữ. Các chương trình giám sát theo dõi nồng độ chất diệp lục, oxy và chất dinh dưỡng để đánh giá hiện trạng và xu hướng.

Một vịnh ven biển từng trong vắt có thể trở nên đục ngầu và thiếu oxy trầm trọng dưới tác động của hiện tượng phú dưỡng kéo dài.