Đáng lo ngại, ô nhiễm nhựa gây thiệt hại to lớn cho môi trường và hệ sinh thái như rác thải nhựa bóp nghẹt dòng chảy của các dòng sông, gây phá hủy, hoặc suy giảm đa dạng sinh học. Nhiều loại sinh vật bị chết do vướng vào lưới đánh cá bị mất, hoặc bị bỏ lại trên các đại dương, cũng như ăn nhầm nhựa do nhầm lẫn với thức ăn. Các hạt vi nhựa có lẫn trong nước biển có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy có sẵn trong nước biển và trầm tích biển. Các hạt này theo chuỗi thức ăn sẽ làm tăng nguy cơ dẫn đến nhiều bệnh lý cho các loài sinh vật bậc cao hơn, bao gồm cả con người.