Đánh bắt quá mức có thể dẫn đến việc khai thác quá mức các dịch vụ hệ sinh thái biển.[20] Đánh bắt cá có thể gây ra một số tác động tiêu cực về tâm sinh lý đối với quần thể cá bao gồm: tăng mức độ căng thẳng và tổn thương cơ thể do mắc phải lưỡi câu.[21] Thông thường, khi vượt qua ngưỡng này, hiện tượng trễ có thể xảy ra trong môi trường. Cụ thể hơn, một số xáo trộn sinh thái được quan sát thấy trong hệ sinh thái biển Biển Đen là do sự kết hợp của việc đánh bắt quá mức và các hoạt động khác có liên quan của con người gây ảnh hưởng xấu đến môi trường biển và hệ sinh thái.[22] Sự gián đoạn sinh thái cũng có thể xảy ra do việc đánh bắt quá mức các loài cá quan trọng như cá ngói và cá mú, những loài động vật được coi là kỹ sư hệ sinh thái.[23]

Việc đánh bắt cá có thể phá vỡ mạng lưới thức ăn bằng cách nhắm vào các loài cụ thể, có nhu cầu tiêu thụ lớn. Việc đánh bắt quá nhiều các loài như cá mòi và cá cơm làm giảm nguồn cung cấp thức ăn cho các loài săn mồi. Sự gián đoạn của các loài ong bắp cày này có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái.[24] Nó cũng có thể gây ra sự gia tăng các loài săn mồi khi cá mục tiêu là các loài săn mồi, chẳng hạn như cá hồi và cá ngừ.

Đánh bắt quá mức và ô nhiễm môi trường biển cũng ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ carbon của chúng và góp phần không nhỏ vào cuộc khủng hoảng khí hậu.[25]