Під забрудненням водних об'єктів розуміють зниження їх біосферних функцій і екологічного значення внаслідок надходження в них забруднюючих речовин. Забруднення вод проявляється в зміні фізичних і органолептичних властивостей - зниженні прозорості, зміні забарвлення, запахів, смаку, збільшення вмісту солей, важких металів, зменшенні розчиненого у воді кисню, появі радіоактивних елементів, хвороботворних бактерій і інших забруднювачів. Розрізняють хімічні, біологічні та фізичні забруднювачі.
До найбільш поширених хімічних забруднювачів відносять нафту і нафтопродукти, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), пестициди, важкі метали, діоксини та ін. Дуже небезпечними є біологічні забруднювачі, наприклад віруси, бактерії, гриби і ін. До фізичних забруднювачів відносяться радіоактивні речовини, тепло та ін. Найбільш часто зустрічаються хімічне і бактеріальне забруднення. Значно рідше спостерігаються радіоактивне і теплове забруднення.
Механічне забруднення характеризується потраплянням в воду різних механічних домішок - піску, шламу, мулу та ін. Механічні домішки можуть значно погіршувати органолептичні показники і якість вод, а також негативно впливають на умови проживання риб і стан екосистем. Теплове забруднення пов'язане з підвищенням температури води в результаті змішування з більш нагрітими поверхневими або технологічними водами, в результаті чого відбувається зміна газового та хімічного складу води, розмноження анаеробних бактерій, зростання кількості гідробіонтів і виділення отруйних газів - сірководню і метану. Одночасно відбувається «цвітіння» води, а також прискорений розвиток мікрофлори і мікрофауни, що сприяє розвитку інших видів забруднення.
Основними джерелами забруднення поверхневих і підземних вод є скидання у водойми неочищених стічних вод, змив отрутохімікатів атмосферними опадами, газодимових викиди і витоку нафти і нафтопродуктів. Найбільшої шкоди водоймам і водотоках заподіює випуск в них неочищених стічних вод. Промислові стічні води забруднюють екосистеми різноманітними компонентами залежно від специфіки галузей промисловості. У комунально-побутових стічних водах переважають різні органічні речовини і мікроорганізми, що може викликати бактеріальне забруднення.
Велика кількість пестицидів, амонійного і нітратного азоту, фосфору, калію змивається з сільськогосподарських територій включаючи площі, займані тваринницькими комплексами. Значну небезпеку становлять газодимових з'єднання (аерозолі, пил), які осідають з атмосфери на поверхню водосборних- басейнів і безпосередньо на водні поверхні. Величезні масштаби нафтового забруднення природних вод: мільйони тонн нафти щорічно забруднюють морські та прісноводні екосистеми при аваріях нафтоналивних суден, на нафтопромислах в прибережних зонах, при скиданні з суден баластних вод.
До природних джерел забруднення відносяться сильно мінералізовані підземні води (солоні і розсоли) або морські води, які можуть впроваджуватися в прісні незабруднені води при експлуатації водозабірних споруд і відкачування води з свердловин. Причому забруднення підземних вод не обмежуються площею промпідприємств і сховищ відходів, а поширюються вниз за течією потоку на відстані до 20-30 км від джерел забруднення, що створює реальну загрозу для питного водопостачання в цих районах.