Sự gia tăng các chất ô nhiễm trong biển ảnh hưởng đến đời sống của các loài cá voi, đặc biệt là kim loại nặng, xác thực vật và các chất diệt công trùng không bị phân hủy sinh học. Các kim loại nặng đi vào thực vật và con mồi, tiếp theo là đi vào cơ thể các loài cá voi. Kết quả là các loài này dễ nhiễm bệnh và sinh ít hơn.

Việc tầng ôzôn bị phá hủy cũng ảnh hưởng đến các loài cá voi do các sinh vật phù du rất nhạy cảm với các bức xạ và làm chậm quá trình sinh sản của các phiêu sinh này. Yếu tố này làm giảm lượng cung cấp thức ăn, đặc biệt đối với những loài có kích thước lớn như cá voi tấm sừng hàm.

Tác dụng tương tự có thể xảy ra là sự axít hóa đại dương do sự hấp thu mạnh cacbon dioxit của đại dương làm cho nước có tính axit. Các yếu tố này làm giảm khả năng tạo khung xương của tảo và các sinh vật khác. Từ đó, các loài cá voi phụ thuộc vào loại thức ăn sinh vật phù du này một cách trực tiếp hoặc gián tiếp (qua một vài mắc xích trước khi đến cá voi) sẽ bị ảnh hưởng.

Các hoạt động quân sự và khảo sát địa chất biển và đại dương dùng sóng âm thanh trong các máy Sonar cùng với những vụ nổ lớn và hoạt động hàng hải ngày càng gây ra nhiều tiếng ồn trong các đại dương. Đối với những loài động vật sử dụng sóng âm để định hướng và truyền thông tin, các hoạt động trên không chỉ cản trở mà còn tạo ra nỗi sợ hãi thường xuyên cho chúng. Điều này làm cho lượng khí trong mạch máu tăng gây ra tắc nghẽn mạch máu giống như các tai nạn lặn sâu mà trồi lên nhanh ở con người. Người ta ghi nhận rằng, sau các cuộc tập trận hải quân, hàng loạt cá voi chết tấp vào bờ có hiện tượng xuất bọt khí trong máu.