海洋油气开发过程主要包括三个方面：①海底油气资源的勘探。在油气勘探的过程中会产生大量如钻井泥浆、钻井碎屑等固废污染以及机械废水、冲洗污水和生活污水等废水污染，而污染物中的氢氧化钠（NaOH）、碳酸钙（CaCO₃）、氢氧化钾（KOH）等物质会改变海水的酸碱度（pH），钙离子（Ca²⁺）会增加海水的硬度。有研究表明，海上石油勘探常用的方法——地震爆破会增加海水的浑浊度，爆炸产生的高温高压气体以及巨大的声波会使大量海洋生物受到影响甚至出现死亡。②海底油气的开采。在开采过程中，排放的采出水是造成海洋环境污染的主要来源。在加拿大东部海域斯科舍大陆架海洋石油开采站点进行的研究表明，开采过程中排出的采出水会与周围的海水混合，使镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）等重金属由溶解态转为颗粒态，传输能力降低，毒性增强。③海洋油气的输送。在油气的海陆运输过程中所产生的废水废气也会对海洋环境造成污染。上述的各个环节均可对海洋环境造成不良影响。

此外在海洋油气开发时，漏油、溢油、井喷等突发性事故频频发生，泄漏的石油给海洋环境造成了巨大的负面影响。首先，石油在海面形成的油膜能阻碍大气与海水之间的气体交换，影响了海面对电磁辐射的吸收、传递和反射。长期覆盖在极地冰面的油膜，会增强冰块吸热能力，加速冰层融化，对全球海平面变化和长期气候变化造成潜在影响。其次，石油会对生物体产生危害：①油膜减弱了太阳辐射透入海水的能量，会影响海洋植物的光合作用。②油膜沾污海兽的皮毛和海鸟羽毛，溶解其中的油脂物质，使它们失去保温、游泳或飞行的能力。③石油污染物会干扰生物的摄食、繁殖、生长、行为和生物的趋化性等能力。受石油严重污染的海域还会导致个别生物种丰度和分布的变化，从而改变群落的种类组成。④沉降于潮间带和浅水海底的石油，会使一些动物幼虫、海藻的孢子失去适宜的固着基质或使其成体降低固着能力。最后，泄漏的石油会改变某些经济鱼类的洄游路线；沾污渔网、养殖器材和渔获物；受石油污染的鱼、贝等海产食品，难于销售或不能食用，对水产养殖业造成严重影响。如2011年6月渤海湾蓬莱19-3油田由于开采时长期笼统注水，破坏了地层和断层的稳定性，造成断层开裂，发生海上溢油，漏油量约205吨，海域海水污染面积约6200平方千米，沉积物污染面积约1600平方千米，致使海洋浮游生物种类和多样性明显降低，底栖生物受损，造成海洋生态损失价值总计16.83亿元，同时造成养殖和天然渔业资源受损。