Ponieważ ocean znajduje się w dole rzeki z prawie każdego miejsca na lądzie, jest on odbiornikiem dużej części plastikowych odpadów generowanych na lądzie. Kilka milionów ton odpadów trafia co roku do światowych oceanów, a większość z nich to niewłaściwie wyrzucone plastikowe śmieci. Pierwsze badanie oceanograficzne, które miało na celu zbadanie ilości przypowierzchniowych plastikowych śmieci w oceanach świata, zostało opublikowane w 2014 roku. Oszacowano w nim, że na powierzchni lub w jej pobliżu unosiło się co najmniej 5,25 biliona pojedynczych plastikowych cząstek o wadze około 244 000 ton (269 000 ton). Zanieczyszczenie plastikiem zostało po raz pierwszy zauważone w oceanie przez naukowców prowadzących badania planktonu w późnych latach 60. i wczesnych 70. XX wieku, a oceany i plaże nadal otrzymują większość uwagi osób badających i pracujących nad ograniczeniem zanieczyszczenia plastikiem. Wykazano, że pływające odpady plastikowe gromadzą się w pięciu podzwrotnikowych żyłach, które pokrywają 40 procent światowych oceanów. Znajdujące się na średnich szerokościach geograficznych Ziemi, żyry te obejmują żyry podzwrotnikowe Północnego i Południowego Pacyfiku, których wschodnie „plamy śmieci” (strefy o wysokim stężeniu plastikowych odpadów krążących przy powierzchni oceanu) przyciągnęły uwagę naukowców i mediów. Pozostałe żyry to Żyry Podzwrotnikowe Północnego i Południowego Atlantyku oraz Żyra Podzwrotnikowa Oceanu Indyjskiego.
W oceanie, zanieczyszczenia plastikowe mogą zabijać ssaki morskie bezpośrednio poprzez zaplątanie się w przedmioty takie jak sprzęt rybacki, ale mogą również zabijać poprzez połknięcie, przez pomylenie z pożywieniem. Badania wykazały, że wszystkie rodzaje gatunków, w tym mały zooplankton, duże walenie, większość ptaków morskich i wszystkie żółwie morskie, łatwo połykają plastikowe kawałki i śmieci, takie jak zapalniczki, plastikowe torby i kapsle od butelek. Światło słoneczne i woda morska kruszą plastik, a ostateczny rozkład większych obiektów na mikroplastik sprawia, że plastik staje się dostępny dla zooplanktonu i innych małych zwierząt morskich. Takie małe kawałki plastiku, które mają mniej niż 5 mm (0,2 cala) długości, stanowią znaczną część plastikowych odpadów w oceanach. Do 2018 r. mikroplastiki znaleziono w organach ponad 114 gatunków wodnych, w tym niektórych gatunków występujących tylko w najgłębszych rowach oceanicznych. Do 2020 roku naukowcy oszacowali, że co najmniej 14 milionów ton metrycznych (15,4 miliona krótkich ton) cząsteczek mikroplastiku spoczywało na dnie oceanu, a inne badania ujawniły, że ruch prądów głębinowych tworzył mikroplastikowe „gorące punkty” w niektórych częściach oceanów, takich jak jeden zlokalizowany w Morzu Tyrreńskim, który zawierał prawie dwa miliony mikroplastikowych kawałków na metr kwadratowy (około 186 000 sztuk na stopę kwadratową).
Oprócz tego, że tworzywa sztuczne nie mają właściwości odżywczych i są niestrawne, wykazano, że koncentrują zanieczyszczenia do miliona razy większe niż ich poziom w otaczającej je wodzie morskiej, a następnie dostarczają je do gatunków, które je spożywają. W jednym z badań wykazano, że poziom polichlorowanych bifenyli (PCB), smaru i materiału izolacyjnego, który jest obecnie powszechnie zakazany, wzrósł znacząco w oleju gruczołów żerowych strzyżyków (Calonectris leucomelas) po tym, jak te ptaki morskie były karmione plastikowymi granulkami zebranymi z Zatoki Tokijskiej przez zaledwie tydzień.
Istnieją również lądowe aspekty zanieczyszczenia plastikiem. Systemy odwadniające zatykają się plastikowymi torbami, foliami i innymi przedmiotami, powodując powodzie. Ptaki lądowe, takie jak reintrodukowany kondor kalifornijski, zostały znalezione z plastikiem w żołądkach, a zwierzęta, które normalnie żywią się na wysypiskach śmieci – na przykład święte krowy w Indiach – miały zatory jelitowe od plastikowych opakowań. Masa plastiku nie jest większa niż masa innych głównych składników odpadów, ale zajmuje on nieproporcjonalnie dużą objętość. W miarę jak wysypiska śmieci rozrastają się na obszarach mieszkalnych, ubodzy padlinożercy często żyją w pobliżu lub nawet na stosach resztek tworzyw sztucznych.
.