Підвищення температури в водоймах згубно впливає на життя водних організмів. Протягом тривалої еволюції холоднокровні мешканці водного середовища пристосувалися до певного інтервалу температур. Для кожного виду існує температурний оптимум, який на певних стадіях життєвого циклу може дещо змінюватися. У певних межах ці організми здатні пристосовуватися до життя при більш високих або більш низьких температурах. Якщо організм живе в умовах найвищих температур властивого йому інтервалу, він настільки до них пристосовується, що загибель його може наступати при температурах кілька більш високих, ніж для організму, який постійно живе в умовах більш низьких температур. Велика частина водних організмів швидше пристосовується до життя в більш теплій воді, ніж в більш холодної. Однак ця здатність до адаптації не має абсолютних максимальних або мінімальних меж і змінюється в залежності від виду.
У природних умовах при повільних підвищеннях або зниженнях температур риби та інші водні організми поступово пристосовуються до змін температури навколишнього середовища. Але якщо в результаті скидання в річки і озера гарячих стоків з промислових підприємств швидко встановлюється новий температурний режим, часу для акліматизації не вистачає, живі організми отримують теплової шок і гинуть.
Штучне підігрівання води може істотно змінити й поведінка риб - викликати невчасний нерест, порушити міграцію. Якщо руйнівна сила електростанцій перевищує здатність видів до самовідновлення, популяція занепадає.
Підвищення температури води порушить структуру рослинного світу водойм. Характерні для холодної води водорості замінюються теплолюбними і, нарешті, при високих температурах повністю ними витісняються.
Якщо потепління посилюється надходженням в водойма органічних і мінеральних речовин (змив добрив з полів, гною з ферм, побутових стоків), відбувається процес евтрофікації, тобто різкого підвищення продуктивності водойми. Азот і фосфор, служачи харчуванням для водоростей, в тому числі мікроскопічних, дозволяє останнім різко посилити своє зростання. Розмножилися, вони починають закривати один одному світло, в результаті чого йде процес їх масового відмирання і гниття, що супроводжується прискореним споживанням кисню, аж до повного його вичерпання. А в цьому випадку, як уже говорилося, вся екосистема може загинути.
Крім зміни середовища існування водних організмів електростанції можуть надавати на них і фізичний вплив. Солона вода, що використовується для охолодження, надає сильне коррозирующее вплив на металеві поверхні і викликає вивільнення іонів металів, особливо міді, в воду. Черепашкові тварини накопичують мідь в таких кількостях, що стають непридатними для використання їх людиною.
Всі перераховані вище наслідки теплового забруднення водойм завдають величезної шкоди природним екосистемам і призводять до пагубному зміни середовища проживання людини. Збитки, які утворилися в результаті теплового забруднення, можна розділити на:
економічні (втрати внаслідок зниження продуктивності водойм, витрати на ліквідацію наслідків від забруднення);
екологічні (необоротні руйнування унікальних екосистем, зникнення видів, генетичний збиток).