生物への影響には物理的なものと化学的なものとがあり、前者の例としては窒息、後者の例としては有毒成分による作用が挙げられる。有毒成分は気化することが多く、致死的な濃度の有毒成分による被害よりも低濃度の有毒成分が累積することによって影響を被ることのほうが多い[2]。石油が鳥の羽に付着すると、羽がもつ保温能力が低下し、気温の変化に適応したり水中で浮力を得ることが困難となる。捕食したり捕食者から逃れる能力が奪われる。石油で汚染された鳥が毛繕いをしようとすると、羽毛を覆う油を摂取してしまうこととなり、そのことにより腎臓や肝臓の機能が損なわれ、消化器に炎症を引き起こす。これら臓器へのダメージと捕食能力の低下により、鳥は脱水と代謝不均衡に陥る。ホルモンバランスの異常に見舞われることもある[3]。流出した石油に汚染された鳥のほとんどは、人間が汚染を除去したり治療を施したりしない限り死んでしまう[4][5]。海洋哺乳類は海鳥と同様の影響を被る。ラッコや鰭脚類の体毛が石油で覆われると保温能力が損なわれて体温が安定しなくなり、低体温症に陥る。水面が石油で覆われることで水中に降り注ぐ日光の量が減少し、海洋植物や植物プランクトンの光合成量が減少する。このように動植物の活動量がともに減少することで、食物連鎖に悪影響が及ぶことになる。