Como las partículas de plástico se encuentran principalmente en la capa pelágica del océano, experimentan altos niveles de fotodegradación, lo que hace que los plásticos se descompongan en pedazos cada vez más pequeños. Estas piezas eventualmente se vuelven tan pequeñas que incluso los microorganismos pueden ingerirlas y metabolizarlas, convirtiendo los plásticos en dióxido de carbono. En algunos casos, estos microplásticos se absorben directamente en las biomoléculas de un microorganismo. Sin embargo, antes de alcanzar este estado, cualquier número de organismos podrían interactuar potencialmente con estos plásticos. Durante su expedición en 2016-2017, Charles Moore y Algalita descubrieron que más del 35% de los peces Linterna del Pacífico Sur habían consumido partículas de plástico. Cuando son ingeridos por los peces, los compuestos químicos que se encuentran en estos plásticos no pueden ser digeridos. Esto puede afectar a los seres humanos, ya que el pez linterna es una fuente de alimento para el salmón y el atún.
En su diario PNAS, el Dr. Van Sebille y sus colegas informan de datos que muestran que en 1960 se encontró que menos del 5% de las aves marinas habían consumido material de desecho, mientras que en agosto de 2015 esa cifra aumentó a aproximadamente el 90%. Se prevé que para el año 2050, el 99% de las aves marinas habrán consumido tales materiales. Los científicos que estudian el contenido estomacal de los polluelos de albatros Laysan reportan una tasa de mortalidad del 40% antes de incubar. Cuando se analizaron los contenidos estomacales después de las necropsias, se encontró que contenían desechos plásticos. Los gránulos de plástico utilizados en la fabricación en todo el mundo no solo absorben productos químicos tóxicos como el DDT y los PCB del agua, sino que incluso pueden lixiviar productos químicos como el bifenilo. Se estima que hasta 267 especies marinas se ven afectadas por la contaminación plástica.
Investigadores dirigidos por el químico Katsuhiko Saido, graduado de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Nihon en Japón, han recogido muestras de agua de mar en todo el mundo, incluidas aguas de Estados Unidos, Japón, India y Europa. Todas las muestras recogidas contenían derivados de poliestireno. El poliestireno es un plástico que se encuentra en la espuma de poliestireno y en muchos bienes domésticos y de consumo. Luego, los científicos simularon la descomposición del poliestireno en el océano abierto. Los resultados de esta simulación mostraron que el poliestireno, que comienza a descomponerse a temperaturas de 86° o más, se descompone en productos químicos dañinos, como el bisfenol A (BPA, que puede causar daños reproductivos en los animales), el monómero de estireno (un presunto carcinógeno) y el trimer de estireno (un subproducto del poliestireno).