Die Lebewesen eines Ökosystems stehen meist in direktem Zusammenhang, bilden Nahrungsketten und führen sich ergänzende Lebensweisen. Die Verschmutzung der Meeresumwelt durch Müll bedroht an vielen Stellen diese ineinandergreifenden Systeme. So kann die Schädigung von Lebewesen durch Müll dazu führen, dass weitere hiermit in Symbiose lebende Tiere oder Glieder einer Nahrungskette beeinträchtigt werden. Geschätzt kostet die Meeresverschmutzung durch Müll jährlich mehr als 100.000 Meeressäuger und einer Million Meeresvögeln das Leben – Tendenz steigend.
Verfangen
Größere marine Tiere wie Wale, Delfine, Haie und Schildkröten verfangen sich in Schnüren und Netzen – die im Meer absichtlich entsorgt oder unabsichtlich verloren gegangen sind – und verlieren ihre Bewegungsfähigkeit. Dies hat zur Folge, dass sie ihre lebensnotwendige Nahrungssuche sowie Fortpflanzung und Verteidigung gegen Fressfeinde nicht fortsetzen kann. Säugern ist es teilweise nicht mehr möglich an die Oberfläche zu gelangen, um Luft zu holen und so ersticken sie unter Wasser. See- und Küstenvögel verwechseln die dünnen Schüre, Seile und Netze mit Pflanzenresten und nutzen sie zum Nestbau.
Verhungern
Meerestiere und Vögel fressen den Müll, welcher den Verdauungstrakt entzündet, verstopft und dazu führen kann, dass die Tiere bei vollem Magen verhungern. Schildkröten zum Beispiel verwechseln Plastiktüten mit Quallen, von denen sie sich eigentlich ernähren.
invasive Arten
Müllteile, die aus Kunststoff bestehen und so leicht sind, dass sie an der Oberfläche oder in der Wassersäule treiben, können über die Meeresströmungen um den ganzen Globus getragen werden. Dabei können sie bestimmten Arten quasi als Floß dienen, um in fremde Ökosysteme zu gelangen. Diese so genannten invasiven Arten sind also gebietsfremde Tierarten, die sich in einem ihnen fremden Ökosystem ausbreiten und dort das natürliche Gleichgewicht stören, da sie meist keine natürlichen Fressfeinde habe und oft nicht unerhebliche Schäden anrichten. Ein Beispiel für das Reisen von invasiven Arten auf Müll, das sogenannte „Plastic Rafting“, ist die Ankunft von mehreren 100 Japanischen Arten an der amerikanischen Küste 2011. Ursache war der Tsunami in Japan, der dazu führte, dass sehr viel Müll in die Meere eingetragen wurde, an dem sich zuvor u. a. Meeresschnecken, Muscheln und Fische anhefteten.
Umweltgifte
Insbesondere Müllteile aus Kunststoff, die ins Meer gelangt sind, haben eine weitere Auswirkung auf das Ökosystem, denn ihre Oberfläche bindet Umweltgifte. Hierbei sind vor allem Lebewesen bedroht, welche das Umgebungswasser zur Nahrungsaufnahme filtrieren (z. B. Muscheln) und damit diese Gifte aufnehmen. Die Oberfläche der Plastikartikel bindet Umweltgifte wie zum Beispiel DDT und PCB. Die hochgiftigen, kaum abbaubaren Stoffe reichern sich in Nahrungsketten an, welche primär Filtrierer wie Muscheln oder Korallen belasten. Da diese Filtrierer die Nahrungsgrundlage für viele andere Tiere bilden, werden die Schadstoffe an diese weitergegeben und in die Nahrungskette eingespeist. Beispielsweise werden Quallen bevorzugt von Schildkröten gefressen.
Anreicherung
Schätzungen zufolge sinken 70-80 % des Mülls, der in die Meere gelangt, auf den Meeresboden ab. Darunter sind auch zahlreiche Produkte, die aus Kunststoffen hergestellt wurden. Welche Auswirkungen der Müll auf die dort essenziellen Destruenten, Lebewesen welche organischen Substanzen abbauen und zersetzen, hat, wird derzeit noch erforscht.