Retirer le pétrole de l'eau de mer peut être une tâche ardue. L'huile a une plus faible gravité spécifique (0,79 à 0,84) que l'eau de mer (1,023 à 1,028) et flotte au-dessus de l'eau de mer pour cette raison, ce qui fait de l'« écrémage » l'un des moyens « immédiats » les plus efficaces d'éliminer le pétrole brut de l'eau de mer. D'autres méthodes ont été développées, notamment l'utilisation d'un dispersant pour faire couler le pétrole, l'introduction de bactéries « consommatrices de pétrole » et le simple fait de permettre au pétrole de se décomposer par des processus naturels.
Une méthode consiste à ne rien faire. Les effets du rayonnement solaire, du vent et du courant disperseront le pétrole qui finira par s'évaporer. Les parties les plus lourdes qui ne s'évaporent pas couleront. Cette méthode ne fonctionne, cependant, que lorsque les zones terrestres, telles que les plages, ne risquent pas d'être recouvertes par une nappe de pétrole, et elle maximise les dangers pour les poissons et la faune exposés à la marée noire.
L'utilisation de dispersants pour couler un déversement de pétrole est mal vue dans les eaux américaines. Les dispersants agissent de la même manière qu'un liquide vaisselle populaire. Ils éliminent efficacement la tension superficielle qui empêche l'eau et le pétrole brut de se mélanger et de briser le pétrole. L'huile est ensuite diluée par l'eau et "naturellement" érodée.
L'introduction de bactéries et de nutriments « mangeurs de pétrole », tels que l'azote et le phosphore, dans un déversement accélérera la dégradation naturelle du pétrole. Des bactéries spéciales peuvent décomposer l'huile en substances inoffensives telles que le CO2 et les acides gras par un processus appelé biodégradation. Les nutriments rendent l'huile plus « appétissante » pour les bactéries, de sorte qu'elles ingèrent plus d'huile.
Mettre le feu à une nappe de pétrole enlève le pétrole en convertissant la forme de son énergie potentielle en chaleur et en lumière. Cette approche laisse derrière elle un lourd résidu de carbone et ne convient qu'à une utilisation en haute mer.
Les nappes de pétrole peuvent également être enlevées avec des barrages flottants. Une fois la nappe contenue, un navire équipé d'un équipement d'écrémage peut l'enlever. Le skimmer est utilisé pour « aspirer » la nappe de pétrole - qui n'a que quelques millimètres de profondeur - dans un réservoir à bord du navire skimmer. Les skimmers ne fonctionnent pas bien par vent fort ou par mer.