Nhựa gây ra mối đe dọa đối với môi trường vì sự phân hủy của các loại nhựa khác nhau dẫn đến giải phóng nhiều hóa chất độc hại. Các mảnh vụn nhựa trước khi phân hủy cũng gây ra nhiều rủi ro đối với động vật hoang dã và hệ sinh thái.
Nhà hóa học Katsuhiko Saido của Đại học Nihon, Nhật Bản đã dẫn đầu một nhóm các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhựa phân hủy nhanh chóng trong đại dương, giải phóng các hóa chất như bisphenol A hoặc BPA và styrene trimer. Styrene trimer có khả năng gây ung thư, trong khi BPA can thiệp vào hệ thống nội tiết của động vật, gây rối loạn chức năng sinh sản. Sự cố tương tự này cũng có thể xảy ra ở các bãi chôn lấp, nơi các chất hóa học có khả năng xâm nhập vào nguồn cung cấp nước ngầm. Theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh, 93 phần trăm số người có mức bisphenol A rõ rệt trong nước tiểu. Trong các tuyến đường thủy trên thế giới, những chất độc này vượt ra khỏi bề mặt nước. Nhiều phân tử độc hại này nặng hơn nước, có nghĩa là chúng từ từ chìm xuống và phân tán khắp cột nước. Các vùng nước ấm, nhiệt đới dễ bị vỡ hơn vì sự phân hủy xảy ra nhanh hơn ở nhiệt độ ấm hơn.
Ngoài các sản phẩm phụ hóa học, nhựa nguyên vẹn còn gây ra mối đe dọa môi trường. Nhiều động vật vô tình ăn phải các sản phẩm nhựa, đôi khi dẫn đến tử vong. Túi nhựa và vòng nước ngọt cũng làm động vật hoang dã không may mắn vướng vào, đôi khi khiến miệng không mở được hoặc gây ngạt thở. Các loài xâm lấn cũng có thể đi nhờ trên các mảnh vụn nhựa trôi nổi trong nước.
