Når der spildes olie i vandmiljøet, kan det skade organismer, der lever på, omkring og under vandoverfladen ved både kemisk toksicitet og ved belægning og kvæling af vilde dyr. Dette har både kortsigtede og langsigtede virkninger på alle dele af det marine madvæv, herunder langvarig skade på avls- og migrationshabitater, der påvirker fremtidige generationer af havlivet. Kortsigtede effekter varierer med typen af miljø, mængde olie, effekt af bølger og vejr og type olie: let, medium eller tung.
Offshore og kystvand
Tabet af rovdyr har en kaskadeeffekt på økosystemer, og offshore er de mest sårbare arter, der findes på havoverfladen. Da de fleste olier flyder, er de væsner, der er mest berørt, overfladedyr, såsom havterde og havfugle. National Oceanic and Atmospheric Administration undersøgelser har vist, at olie ødelægger vandafvisende evner hos pels og fjer og deres evne til at fange varm luft, når de bliver belagt og matteret. Som et resultat kan havpattedyr og havfugle miste deres opdrift og dø af hypotermi. Hvis de indtager det, kan det forårsage nyre-, lever- og lungeskader. Bentiske arter, såsom krybdyr og fisk, der findes i offshore farvande, kan også indtage olie og lide fra organskader og reproduktiv svækkelse og kan overføre olietoksiner til rovdyr, der spiser dem. Med de øverste rovdyr fraværende øges antallet af fiskeyngler og hærger græsserne, der holder algernes vækst under kontrol. Dette gør det muligt for frodige algemåtter at vokse og optage værdifuldt ilt fra vandet, når de nedbrydes, kvælende andre dyr i økosystemet.
Lavvandede havvand
Hvirvelløse dyr som havstjerner og koraller spiller en vigtig rolle i havets økosystemer, hvor de tjener som keystone-arter eller fundamentarter. Keystone arter er dem, der giver et væsentligt led i fødekæden, der påvirker både rovdyr og bytte, og grundarter som koraller skaber og opretholder et levested for andre arter. Med tabet af kun en art havstjerne fra kysterne på en ø i Washington, flyttede muslinger hurtigt ind og trængte andre arter ud og ændrede økosystemet drastisk. Koraller, søstjerner og havgræs lever alle på lavvande kystvande og kan blive belagt og kvalt af et oliespild. Havstjerner er dækket af små hårlignende flimmerhår, som hjælper med at transportere vand ind i deres vaskulære organer. Når flimmerhår og indre organer bliver overtrukket med olie, kan det føre til forringet funktion og død af havstjernen. I områder, hvor olie har fået lov at lægge sig på koraller, som det nylige udslip i Den Mexicanske Golf, kan det reducere fotosyntese, forårsage vævsskader og endda føre til døden. Langsigtede effekter bestemmes stadig, men uden et sundt koralrev kan bugten miste de mange arter, der er afhængige af revet for mad og beskyttelse.
Kystlinjer
Nogle af de mest vidtrækkende skader på olieudslip sker i nærheden af strandlinjer. Dette er et område, der bruges som reden eller yngleplads for den næste generation af havliv. Mange arter tilbringer det meste af deres liv på havet, men skal komme i land for at opdrætte eller føde. Havskildpadder og havpattedyr kan blive skadet af olie, de møder i vandet eller på stranden, hvor de føder. Æggene eller ungerne kan blive beskadiget af olien og udvikler sig ikke ordentligt, og nye unger kan olieres, når de skubber mod havet over en fedtet strand. Et tab i antallet af havskildpadder kan endda påvirke sundhedens yngleplads, ligesom sandstrande og klitter i Florida havskildpadden. Ethvert uudklækkede æg giver en god kilde til næringsstoffer til klitvegetationen. Når planter bliver stærkere og sundere, hjælper deres rodsystemer med at holde sandet på plads, mindske erosion og styrke dette vigtige økosystem.
Mangrover / saltmyrer
En af de marine levesteder, der er mest sårbar over for miljøændringer, er mangroveskoven. Oliespild, der dækker mangrovetræernes udsatte rødder, kan tilslutte de luftåndende porer eller linser og kvæle træerne. Mangroverødder stabiliserer sedimentet og forhindrer erosion af kystlinjer, hvilket forhindrer, at sediment deponeres på nærliggende ålegræsbede eller koralrev. De giver også en buffer til indre områder fra ødelæggende orkanvind og stormflod. Mangroveskove og saltmyrer er vigtige levesteder for trækfugle og et børnehaveområde for fisk og rejer. Hele mangrove-miljøet kan dræbes af et olieudslip med alvorlige konsekvenser, ikke kun for marine liv, men for mennesker, der bor i nærheden af disse beskyttende økosystemer.