重金属是一种很危险的污染物，到目前也没有完整统一的定义，常指比重大于4.5克/立方厘米的金属。污染海洋的重金属元素主要有汞、镉、铅、锌、铬、铜等，其人为来源主要是工业污水、矿山废水的排放及重金属农药的流失，煤和石油在燃烧中释放出的重金属经大气的搬运而进入海洋。它们在水体中不能被降解，到处扩散，达到一定标准后造成海水污染。还有一些重金属可在微生物作用下发生各种形态之间的相互转化和富集，形成毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化形成甲基汞，导致水俣病就是其中典型的例子。
某些微量金属元素是生物体必需元素，但是，超过一定含量就会产生危害作用。海洋中的重金属一般是通过食用海产品的途径进入人体。汞引起水俣病，镉、铅、铬等亦能引起机体中毒，或有致癌、致畸等作用；其他的重金属剂量超过一定限度时，对人和其他生物都会产生危害。
重金属对生物体的危害程度，不仅与金属的性质、浓度和存在形式有关，而且也取决于生物的种类和发育阶段。一般海洋生物的种苗和幼体对重金属污染较之成体更为敏感；此外，两种以上的重金属共同作用于生物体时比单一重金属的作用要复杂得多，归纳起来计有三种形式，即两种以上重金属的混合毒性等于各重金属单独毒性之和时称为相加作用，若大于各单独毒性之和则为相乘作用或协同作用，若低于各单独毒性之和则为拮抗作用。两种以上重金属的混合毒性不仅取决于重金属的种类组成，且亦与其浓度组合及温度、pH等条件有关。