Derramamentos de óleo no oceano vêm de um número surpreendentemente diversificado de fontes. Algumas das fontes mais familiares de derramamentos de óleo são os derramamentos acidentais ou vazamentos de embarcações no oceano, ou de operações de mineração. No entanto, derramamentos de óleo no oceano também vêm de escoamentos da terra e de processos naturais.
Alguns dos derramamentos de óleo nos oceanos vêm de vazamentos naturais. Vazamentos naturais são o resultado de infiltração de petróleo bruto de estratos geológicos sob o leito do oceano na água. Na maioria das vezes, são esses vazamentos que revelam potenciais reservas econômicas de petróleo. Segundo relatórios de 2011 da Academia Nacional de Ciências, vazamentos naturais são a maior fonte de derramamentos de óleo no ambiente marinho. O relatório afirma que vazamentos naturais respondem por cerca de 45% do total de derramamentos anuais de óleo nos oceanos.
A produção de petróleo e outras atividades como exploração de óleo e gás são outra fonte significativa de derramamentos de óleo. Acidentes ocorrem em plataformas offshore de óleo e gás, contribuindo para o óleo nos oceanos. Em 2010, uma explosão na plataforma Deepwater Horizon da BP ceifou 11 vidas e derramou milhões de galões de petróleo bruto no Golfo do México. É o maior derramamento de óleo na história dos Estados Unidos.
Muitas atividades humanas contribuem para derramamentos de óleo nos oceanos. Óleo e produtos à base de óleo são usados para rodar carros, barcos, embarcações marítimas e outros tipos de veículos. Algumas pessoas não descartam produtos indesejados à base de óleo, como óleo de motor usado, de maneira apropriada, fazendo com que essas substâncias se acumulem. O óleo finalmente lava para corpos d'água terrestres, como rios e lagos, como escoamento quando chove. Esses escoamentos urbanos eventualmente terminam em mares e oceanos. Outras fontes de escoamento da terra são grandes tanques de armazenamento usados para armazenar óleo. Quando há algum dano a esses tanques, o óleo vazará, indo parar no solo de onde será finalmente lavado para mares e oceanos.
O transporte de óleo é uma parte necessária da importação e exportação de petróleo bruto. O óleo é frequentemente transportado internacionalmente sobre os oceanos, através de barcaças e navios-tanque, ou através de oleodutos submarinos, que podem desenvolver vazamentos ou rachaduras. Às vezes, derramamentos de óleo nos oceanos são resultado de acidentes envolvendo embarcações ou um ato intencional de sabotagem.