Poluentes solúveis em água são miscíveis, ou se dissolvem, na água devido à sua composição química. A água, H₂O, é uma molécula polar, significando que carrega uma leve carga negativa no átomo de oxigênio e uma leve carga positiva nos átomos de hidrogênio. Muitos poluentes solúveis em água são íons poliatômicos, que são partículas carregadas consistindo de muitos átomos, e podem ser letais para plantas e animais em grandes quantidades. Devido à sua natureza carregada, eles se dissolvem bem em um solvente polar como a água.
Muitos poluentes solúveis em água são consequência de atividades antropogênicas, ou feitas pelo homem. O solo absorve pesticidas e fertilizantes usados em excesso, que eventualmente encontram seu caminho para água subterrânea que alimenta rios, lagos e oceanos. Além disso, jogar medicamentos no vaso sanitário pode resultar nestes produtos químicos afetando vida selvagem vivendo em ou perto de fontes de água e pode interferir com saúde e reprodução de plantas e animais.
Estações de tratamento de águas residuais destinam-se a remover compostos tóxicos, como amônia, nitrato e fosfato, de resíduos humanos e agrícolas e reciclar água para consumo humano. Um artigo aparecendo na edição de fevereiro de 2011 da "Science of the Total Environment" examinou efeitos em riachos localizados perto de estações de tratamento de águas residuais. Os autores coletaram amostras de água de dois riachos na Espanha e descobriram que níveis de amônia e nitrato coletados nos riachos eram quatro a cinco vezes maiores até um quilômetro de distância de tais instalações comparado a áreas não desenvolvidas. Em contraste, os autores descobriram que as quantidades de fosfato não se acumulavam, mas diminuíam quanto mais longe de desenvolvimento e terras agrícolas.
Metais de transição, como zinco e cobre, podem variar na força de suas cargas. Zinco e cobre são bons exemplos de poluentes metálicos solúveis em água, que podem causar falência de órgãos, danos nervosos e morte. Um estudo publicado na edição de março de 2011 de "Aquatic Toxicology" investigou os efeitos destes metais no comportamento alimentar da carpa comum, um peixe ubíquo frequentemente usado como indicador de qualidade da água. Os pesquisadores descobriram que o comportamento alimentar foi significativamente reduzido dentro de três horas após os peixes serem expostos aos metais. O estudo concluiu que a ingestão de alimento foi um indicador útil para os efeitos de toxicidade induzida por metais em ambientes aquáticos.
O sistema endócrino controla a liberação de hormônios, responsáveis por metabolismo, crescimento, reprodução e outras funções corporais. Um estudo na edição de março de 2010 de "Environmental Toxicology and Chemistry" avaliou as quantidades de compostos disruptores endócrinos (CDEs), como pílulas anticoncepcionais e inseticidas, sendo descarregados de estações de tratamento de águas residuais em dois rios na República Tcheca. Os pesquisadores registraram as quantidades de fármacos, pesticidas e outras moléculas polares em amostras de água dos rios e descobriram que a estação de tratamento de águas residuais era a fonte de entrada para os poluentes.