人類活動排放大量溫室氣體到大氣中，加劇了溫室效應，使更多熱能積存在地球，當中約90%的熱能被海洋吸收，使海洋變暖，繼而嚴重影響海洋生態及導致海平面上升。為了適應變暖的環境，海洋生物須要向較涼的區域遷移，自1950年代起，海洋物種以平均每十年約60公里的速度向兩極遷移。

海洋熱浪的頻率自1980年代起增加了約一倍，其強度及持續時間亦有所上升，近年造成大量珊瑚礁、海帶森林、海草及紅樹林死亡。珊瑚的生態價值很高，為各種海洋生物提供食物和棲息之所，然而海洋暖化導致珊瑚白化甚至死亡，大堡礁在2016至2022年間便經歷了4次大規模白化。

海洋暖化會減低海水中氧氣的溶解度，並加劇海洋上層的海水分層，大氣和海洋內部的氧氣交換會被削弱，海洋整體含氧量因而減少。海洋暖化加劇一些水域的缺氧情況，甚至導致大量海洋生物死亡。

人為排放的二氧化碳約有四分一被海洋表層吸收。隨着表層海水吸收更多二氧化碳，其酸鹼值會下降，這個過程被稱為海洋酸化。現時全球海面的酸鹼值已較工業化前下降約0.1，即海水酸度增加了約26%。海洋酸化嚴重影響須要建構含鈣外殼和組織的海洋生物的鈣化過程。

海水受熱膨脹，加上陸地上的冰川冰蓋融化，使海平面上升速度加快，全球平均海平面的上升速度在1993至2022年間增加超過一倍。海平面上升為沿岸地區帶來水浸威脅，亦會影響許多沿岸生態系統，包括紅樹林和淺水珊瑚礁。如果海水滲入地下淡水，更會影響飲用水和灌溉水。

海洋變暖有利熱帶氣旋發展。隨着全球暖化，全球強熱帶氣旋比例有所增加。熱帶氣旋會帶來強風暴雨及風暴潮，在平均海平面上升的背景下，風暴潮對沿岸地區的威脅相應提高。

若本世紀末的全球暖化水平超過2°C，預料部分物種有機會絕種、地區性絕跡和生態系統崩潰的風險會迅速上升；縱使全球升溫少於2°C，珊瑚礁仍面臨廣泛地區減少的風險，赤道附近和北極的海洋生物多樣性也會下降。氣候變化還會改變海洋的許多生態系統，影響區域漁業和相關糧食供應。

要減緩氣候變化對海洋的影響，全球各國必須快速提升減排力度，大家亦要攜手協力，節能減排，實行綠色生活，盡快達至碳中和。