Uma das piores fontes de poluição química na água vem do escoamento de fazendas e jardins, e contém pesticidas, herbicidas e fertilizantes. Mesmo que não sejam tóxicos por si mesmos, os fertilizantes aumentam a quantidade de nitratos e fósforo na água, o que incentiva o crescimento de plantas que entopem cursos d'água, bloqueiam a luz necessária e roubam oxigênio da água.
Pesticidas e herbicidas são tóxicos e podem prejudicar organismos em todas as etapas da cadeia alimentar. O DDT (diclorodifeniltricloroetano), por exemplo, é um pesticida sintético que entrou nos cursos d'água pelo escoamento agrícola, antes de ser proibido nos Estados Unidos em 1972. O DDT nos cursos d'água envenenou peixes, que morreram ou armazenaram o veneno em seus corpos. A mortandade de peixes reduziu o suprimento de alimentos disponível para animais mais altos na cadeia alimentar. Comer peixes envenenados levou a defeitos congênitos e problemas de desenvolvimento em muitos animais predadores. O DDT causou defeitos congênitos fatais em águias carecas que quase levaram à sua extinção.
Produtos químicos tóxicos domésticos entram na água através de águas residuais, como água cinza doméstica (água de pias e máquinas de lavar) ou bueiros de tempestade. Muitos limpadores, como amônia e detergentes, são alcalinos e elevam o pH da água acima dos níveis neutros. Mudanças no pH afetam os microorganismos na água criando um ambiente inóspito. Muitos desses microorganismos limpam poluentes da água e liberam oxigênio, através de suas ações biológicas. Estes benefícios são perdidos se os organismos morrerem.
Solventes como formaldeído e ácidos usados para limpeza, como ácido oxálico e ácido clorídrico, são corrosivos ou podem se acumular nos corpos de peixes e mariscos, por sua vez envenenando os animais que eventualmente se alimentam deles, incluindo humanos.
Produtos químicos industriais e subprodutos químicos são abundantes e causam uma ampla variedade de problemas de saúde como câncer e danos ao sistema nervoso. HAPs (Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos), por exemplo, são subprodutos da queima de combustíveis fósseis, e entram na água através do escoamento de vias rodoviárias e do ar. HAPs são conhecidos por causar câncer em quantidades muito pequenas. Tinta, óleo, graxa e os solventes usados junto com eles podem sufocar peixes e são tóxicos para a vida aquática, matando organismos diretamente ou causando problemas de desenvolvimento ou reprodutivos.
Metais pesados como chumbo, mercúrio, bário e manganês se acumulam no solo e nos corpos da vida aquática, especialmente alimentadores de fundo como amêijoas, envenenando-os lentamente e as criaturas que se alimentam deles. O efeito é cumulativo à medida que uma espécie consome outra na cadeia alimentar, cada uma adicionando sua própria contribuição ao estoque de mercúrio dentro do corpo de um peixe. Grandes predadores aquáticos como atum e peixe-espada podem carregar doses perigosas de mercúrio em uma única porção. Chumbo e mercúrio causam danos neurológicos e problemas de desenvolvimento. Escoamento de mineração é uma fonte principal para esses metais.