Vattendragen belastas bland annat av näringsämnen som rinner ut i dem, men även av olika skadliga ämnen. När det gäller Östersjön bidrar invånarantalet i avrinningsområdet, jordbruket, den stora mängden industrier, trafiken och det övriga näringslivet till att havet belastas av skadliga ämnen. Den långsamma vattenomsättningen gör Östersjön till en slutstation för långlivade föreningar, vilket har visat sig leda till att organismerna i Östersjön samlar på sig större mängder skadliga ämnen än organismerna i världshaven. I de nordliga områdena påverkar också de låga temperaturerna hur föreningar bryts ner i vattendragen.
Olika slags syntetiska kemikalier produceras bland annat för att förbättra produkters egenskaper, och används även i primärproduktion. Förutom att förbättra produkters egenskaper kan kemikalierna emellertid också orsaka skador på hälsan och miljön, som man i stora drag försöker beskriva i klassificeringen av ämnenas farlighet. Skadliga ämnen kan också uppstå oavsiktligt, som biprodukter till olika industri- och förbränningsprocesser. En del föreningar kan vara akut giftiga för organismer eller störa deras livsfunktioner och reproduktionsförmåga om de kommer ut i miljön. En del föreningar kan också ansamlas i organismernas vävnader, så att även människor kan exponeras för dem genom sin föda.
Mest information om utsläpp och halter i miljön finns för de skadliga föreningar vars negativa effekter på miljön har upptäckts för flera årtionden sedan (de så kallade ”klassiska miljögifterna”) och vars användning har begränsats kraftigt (bl.a. DDT, dioxiner, PCB). Utsläppen av dessa föreningar och halterna av dem i vattenmiljön har också minskat under de senaste decennierna, och verkar ha stabiliserats på en viss nivå. Den nuvarande nivån består delvis av långväga föroreningar och delvis av tidigare utsläpp, till följd av vilka ämnena fortfarande cirkulerar i ekosystemet. Exempelvis halterna av kvicksilver i fisk har sjunkit i Finland i vattendrag nedströms från industrier, men inte i vattendragens övre lopp där belastningen numera kommer från marken, där kvicksilver har hamnat till följd av långvarig belastning genom nedfall (i synnerhet på grund av förbränning av stenkol). Metallbelastningen från industrin på vattendragen och luften har minskat (globalt), vilket syns i Finland bland annat genom en minskning av belastningen av metaller som ansamlas i sediment i små källsjöar.
I vattenmiljön finns numera också många skadliga konsument- och industrikemikalier, som tidigare inte har undersökts i någon större utsträckning. Sådana föreningar/föreningsgrupper är bland annat ytbehandlingsmedel som innehåller fluor, bromerade flamskyddsmedel, tillsatsämnen i plaster, föreningar som ingår i rengöringsmedel och kosmetika samt läkemedel. De halter som observerats i miljön är i regel lägre än de halter som bedömts vara skadliga för vattenorganismer och för människors hälsa. Eftersom man inte känner till hur ämnena samverkar och eftersom en del föreningar har konstaterats vara bioackumulerande, är även förekomst av låga halter ändå oroande (varaktighet -> ansamling). En cocktailbelastning av skadliga ämnen har visat sig kunna störa organismers livsfunktioner och reproduktion i vissa fall, vilket på sikt kan påverka hela populationen.