Екологічні наслідки розливів нафти мають важко прогнозований характер, оскільки неможливо врахувати всі наслідки нафтового забруднення, що порушує природні процеси і взаємозв'язки. Розливи нафти істотно змінюють умови життя всіх видів живих організмів на його території.
Нафта - продукт тривалого розпаду, вона дуже швидко покриває поверхню води тонким шаром, а що утворилася нафтова плівка обмежує доступ світла і повітря.
Агентство з охорони навколишнього середовища США (US Environmental Protection Agency) ефект розливу нафти описує так: через 10 хвилин після влучення однієї тонни нафти в воду, на її поверхні утворюється нафтова пляма товщиною 10 мм. Згодом товщина плівки зменшується до 1 мм. а площа плями збільшується. Одна тонна нафти може покрити водний простір площею до 122 км. Надалі зміни відбуваються під впливом погоди, вітру і хвиль. Пляма зазвичай дрейфує за волею вітру, з часом воно розпадається на більш дрібні плями, які можуть вилучатися на досить значні відстані від місця розливу. Сильний вітер, шторм прискорюють процес дисперсії плівки. Під час катастроф, пов'язаних з розливом нафти, не відбувається масової одномоментної загибелі всієї флори і фауни в районі забруднення, однак, такі техногенні катастрофи мають дуже негативні наслідки в середньо- і довгостроковій перспективі. Особливо страждають в результаті розливів організми, що мешкають в прибережній зоні, на дні або на поверхні води.
Особливо вразливі до розливів нафти птахи, які живуть і проводять більшу частину життя на воді. В результаті зовнішнього забруднення нафтою руйнується їх оперення, сплутуються пір'я, нафту викликає роздратування очей, і, врешті-решт, птах гине. Середні і великі розливи нафти викликають загибель до 5 тисяч птахів. Особливо чутливі до дії нафти яйця птахів, навіть мала кількість нафти може стати причиною їх загибелі. Отруйний ефект посилюється, якщо аварія сталася в безпосередній близькості від міст або будь-яких інших населених пунктів, так як нафта і нафтопродукти в поєднанні з іншими забруднювачами антропогенного походження утворюють ще більш небезпечні "коктейлі".
Розливи нафти згубно позначаються і на морських ссавців. Полярні ведмеді, морські видри, тюлені і новонароджені морські котики, у яких при народженні вже є хутро, гинуть частіше за інших. Їх забруднене нафтою хутро сплутується і втрачає здатність до утримування тепла і води. Нафта сильно впливає на жировий шар тюленів і китоподібних, посилюючи витрата тепла. Потрапляючи на шкіру і очі, вона викликає роздратування, в результаті чого тварини втрачають здатність до нормального плавання. Нафта, потрапляючи в організм тварин, може викликати шлунково-кишкові кровотечі, інтоксикацію печінки, ниркову недостатність і порушення кров'яного тиску. Крім того, випаровування нафти в зоні великого розливу, або в безпосередній близькості від нього, так само згубні для ссавців.
Риба піддається впливу розливів нафти при вживанні забрудненої їжі, води, а також, якщо зіткнення з нафтою відбувається під час руху ікри. Велика кількість риби (виключаючи молодь) зазвичай гине при серйозних розливах нафти. Але токсичний вплив сирої нафти і нафтопродуктів на різні види риб впливає по-різному, так концентрація нафти у воді в кількості 0.5 мільйонної частки, здатна привести до загибелі форелі.
Найбільш чутливі до дії нафти личинки і молодь риб. Ікра, що знаходиться на поверхні води і молодь на мілководді, при розливах нафти, як правило, гинуть.
На безхребетні організми розливи нафти можуть впливати від одного тижня до десяти років. Ступінь впливу залежить від виду нафти і обставин, при яких стався розлив. Найчастіше безхребетні гинуть в прибережній зоні, у відкладеннях або в глибині вод. У великих обсягах води колонії безхребетних (зоопланктон) швидше відновлюються до попереднього стану, ніж ті, які живуть в невеликих акваторіях.
Рослини водойм гинуть повністю при концентрації в 1% поліароматичних вуглеводнів, що утворюються в процесі згоряння нафти.
Нафта і нафтопродукти порушують стан покривів грунту, деформують структуру біоценозів. Безхребетні грунтові мікроорганізми і бактерії, які зазнали інтоксикації легкими фракціями нафти, не здатні якісно виконувати свої найважливіші функції, покладені на них природою.
Подібні техногенні катаклізми завдають величезної шкоди не тільки тваринного та рослинного світу. Серйозні збитки терплять і місцеві рибалки, індустрія туризму (готелі та ресторани) і ті підприємства, діяльність яких вимагає великої кількості чистої води.
При розливі нафти в прісній водоймі місцеве населення може зазнавати труднощів з питною водою, так як комунальним службам стає складніше очищати воду, що надходить в водопроводи.
Довгостроковий ефект подібних техногенних катастроф оцінити досить складно. У середовищі вчених є дві протилежні точки зору. Одна група вчених вважає, що розливи нафти здатні чинити негативний вплив на екосистему протягом довгих років і навіть десятиліть, інша дотримується думки, що наслідки розливів досить серйозні, однак, постраждалі екосистеми здатні відновитися за відносно невеликий термін.
Втрати від великомасштабних розливів нафти підрахувати досить важко. Він залежить від декількох факторів: типу нафтопродуктів, екологічного стану району, в якому стався розлив, погоди, пори року, океанських і морських течій, стану рибальства і туризму в регіоні та інших причин.