Nhiều động vật sống trên hoặc dưới biển tiêu thụ rác trôi dạt do nhầm lẫn, vì nó thường trông giống với con mồi tự nhiên của chúng [34]. Các mảnh vụn nhựa cồng kềnh có thể tồn tại vĩnh viễn trong đường tiêu hóa của những động vật này, chặn đường di chuyển của thức ăn và gây chết do đói hoặc nhiễm trùng [35]. Các hạt nhựa nhỏ trôi nổi cũng giống như động vật phù du, có thể khiến những người ăn lọc tiêu thụ chúng và khiến chúng xâm nhập vào chuỗi thức ăn đại dương. Trong các mẫu lấy từ Bắc Thái Bình Dương Gyre vào năm 1999 bởi Quỹ Nghiên cứu Biển Algalita, khối lượng nhựa vượt quá khối lượng của động vật phù du tới 6 lần [10].

Các chất phụ gia độc hại được sử dụng trong sản xuất nhựa có thể ngấm vào môi trường xung quanh khi tiếp xúc với nước. Các chất ô nhiễm kỵ nước trong nước thu thập và phóng đại trên bề mặt các mảnh vụn nhựa [28], do đó làm cho nhựa trong đại dương trở nên chết chóc hơn so với trên đất liền [10]. Các chất gây ô nhiễm kỵ nước tích tụ sinh học trong các mô mỡ, đồng nhất sinh học trong chuỗi thức ăn và gây áp lực cho những kẻ săn mồi ở đỉnh và con người [36]. Một số chất phụ gia nhựa gây rối loạn hệ thống nội tiết khi tiêu thụ; những người khác có thể ức chế hệ thống miễn dịch hoặc giảm tỷ lệ sinh sản [37]. Bisphenol A (BPA) là một ví dụ nổi tiếng về chất hóa dẻo được sản xuất với khối lượng lớn để đóng gói thực phẩm, từ đó nó có thể ngấm vào thực phẩm, dẫn đến việc con người tiếp xúc. Là một chất chủ vận thụ thể estrogen và glucocorticoid, BPA can thiệp vào hệ thống nội tiết và có liên quan đến việc tăng chất béo ở loài gặm nhấm [38].

Bản chất kỵ nước của các bề mặt nhựa kích thích sự hình thành nhanh chóng của các màng sinh học [39], hỗ trợ một loạt các hoạt động trao đổi chất và thúc đẩy sự kế thừa của các vi sinh vật vi mô và vĩ mô khác [40].

Các chuyên gia đã lo ngại từ những năm 2000 rằng một số sinh vật đã thích nghi [41] để sống trên mảnh vụn nhựa trôi nổi, cho phép chúng phân tán theo dòng hải lưu và do đó có khả năng trở thành loài xâm lấn trong các hệ sinh thái xa xôi [42]. Nghiên cứu vào năm 2014 tại các vùng biển xung quanh Úc [39] đã xác nhận rất nhiều loài thực dân như vậy, ngay cả trên các mảnh nhỏ, và cũng phát hiện thấy vi khuẩn đại dương phát triển mạnh ăn vào nhựa để tạo thành các hố và rãnh. Các nhà nghiên cứu này đã chỉ ra rằng "sự phân hủy sinh học nhựa đang xảy ra ở bề mặt biển" thông qua hoạt động của vi khuẩn, và lưu ý rằng điều này phù hợp với một nhóm nghiên cứu mới về vi khuẩn như vậy. Phát hiện của họ cũng phù hợp với nghiên cứu lớn khác được thực hiện [43] vào năm 2014, nhằm tìm cách trả lời câu hỏi về sự thiếu tích tụ tổng thể của nhựa trôi nổi trong các đại dương, mặc dù mức độ đổ thải đang diễn ra cao. Chất dẻo được tìm thấy dưới dạng sợi siêu nhỏ trong các mẫu lõi được khoan từ trầm tích dưới đáy đại dương sâu. Hiện vẫn chưa xác định được nguyên nhân của sự bồi tụ biển sâu trên diện rộng như vậy.

Không phải tất cả các hiện vật do con người tạo ra được đặt trong đại dương đều có hại. Các cấu trúc bằng sắt và bê tông thường ít gây thiệt hại cho môi trường vì chúng thường chìm xuống đáy và trở nên bất động, và ở độ sâu nông chúng thậm chí có thể cung cấp giàn giáo cho các rạn san hô nhân tạo. Tàu và toa tàu điện ngầm đã cố tình bị đánh chìm vì mục đích đó [44].

Ngoài ra, loài cua ẩn cư đã được biết là sử dụng các mảnh rác bãi biển làm vỏ khi chúng không thể tìm thấy một vỏ sò thực sự có kích thước mà chúng cần [45].

Việc ăn phải nhựa của các sinh vật biển hiện đã được hình thành ở độ sâu đầy đủ của đại dương. Microplastic được tìm thấy trong dạ dày của những con giáp xác chân giò được lấy mẫu từ Nhật Bản, Izu-Bonin, Mariana, Kermadec, New Hebrides và các rãnh Peru-Chile. Các giáp xác chân hai loại từ rãnh Marina được lấy ở độ sâu 10.890 m và tất cả đều chứa các sợi nhỏ [46].