Puisque l’océan est en aval de presque tous les lieux terrestres, il est le corps récepteur d’une grande partie des déchets plastiques générés sur terre. Plusieurs millions de tonnes de débris finissent dans les océans du monde chaque année, et une grande partie d’entre eux sont des déchets plastiques jetés de manière inappropriée. La première étude océanographique à examiner la quantité de débris plastiques proches de la surface dans les océans du monde a été publiée en 2014. Elle a estimé qu’au moins 5,25 billions de particules plastiques individuelles pesant environ 244 000 tonnes flottaient à la surface ou près de la surface. La pollution plastique a été remarquée pour la première fois dans l’océan par des scientifiques menant des études sur le plancton à la fin des années 1960 et au début des années 1970, et les océans et les plages reçoivent toujours la plus grande partie de l’attention de ceux qui étudient et travaillent à la réduction de la pollution plastique. Il a été démontré que les déchets plastiques flottants s’accumulent dans cinq gyres subtropicaux qui couvrent 40 % des océans du monde. Situés aux latitudes moyennes de la Terre, ces gyres comprennent les gyres subtropicaux du Pacifique Nord et Sud, dont les « plaques d’ordures » orientales (zones à forte concentration de déchets plastiques circulant près de la surface de l’océan) ont attiré l’attention des scientifiques et des médias. Les autres gyres sont les gyres subtropicaux de l’Atlantique Nord et Sud et le gyre subtropical de l’océan Indien.
Dans l’océan, la pollution plastique peut tuer les mammifères marins directement en s’emmêlant dans des objets tels que les engins de pêche, mais elle peut aussi tuer par ingestion, en étant prise pour de la nourriture. Des études ont montré que toutes sortes d’espèces, y compris le petit zooplancton, les grands cétacés, la plupart des oiseaux de mer et toutes les tortues marines, ingèrent facilement des morceaux de plastique et des déchets tels que les briquets, les sacs en plastique et les capsules de bouteilles. La lumière du soleil et l’eau de mer fragilisent le plastique, et la décomposition éventuelle des gros objets en microplastiques rend le plastique accessible au zooplancton et aux autres petits animaux marins. Ces petits morceaux de plastique, dont la longueur est inférieure à 5 mm (0,2 pouce), constituent une fraction non négligeable des déchets plastiques dans les océans. En 2018, des microplastiques avaient été trouvés dans les organes de plus de 114 espèces aquatiques, dont certaines ne se trouvent que dans les tranchées océaniques les plus profondes. En 2020, les scientifiques avaient estimé qu’au moins 14 millions de tonnes métriques (15,4 millions de tonnes courtes) de particules microplastiques reposaient sur le fond de l’océan, et d’autres recherches avaient révélé que le mouvement des courants marins profonds créait des « points chauds » de microplastiques dans certaines parties des océans, comme celui situé dans la mer Tyrrhénienne qui contenait près de deux millions de morceaux de microplastiques par mètre carré (environ 186 000 morceaux par pied carré).
En plus d’être non nutritifs et indigestes, il a été démontré que les plastiques concentrent les polluants jusqu’à un million de fois leur niveau dans l’eau de mer environnante et les livrent ensuite aux espèces qui les ingèrent. Dans une étude, il a été démontré que les niveaux de polychlorobiphényle (PCB), un lubrifiant et un matériau isolant aujourd’hui largement interdit, ont augmenté de manière significative dans l’huile de la glande de préhension des puffins bigarrés (Calonectris leucomelas) après que ces oiseaux de mer aient été nourris de granulés de plastique abattus dans la baie de Tokyo pendant seulement une semaine.
La pollution plastique présente également des aspects terrestres. Les systèmes d’évacuation des eaux se bouchent avec les sacs, films et autres articles en plastique, provoquant des inondations. Des oiseaux terrestres, comme le condor de Californie réintroduit, ont été trouvés avec du plastique dans leur estomac, et des animaux qui se nourrissent normalement dans les décharges – par exemple, les vaches sacrées de l’Inde – ont eu des blocages intestinaux à cause des emballages en plastique. La masse du plastique n’est pas plus importante que celle des autres composants majeurs des déchets, mais elle occupe un volume disproportionné. Comme les décharges s’étendent dans les zones résidentielles, les pauvres charognards se retrouvent souvent à vivre à proximité ou même sur des tas de plastiques résiduels.