งูทะเลทุกชนิดมีต่อมพิษ (ยกเว้นงูผ้าขี้ริ้วเป็นงูทะเลชนิดเดียวที่ไม่มีพิษ มีหางกลมไม่แบนเป็นใบพาย) น้ำพิษของงูทะเลจะหลั่งออกมาใน 2 กรณี คือ เมื่อต้องการป้องกันตัว และ ล่าเหยื่อหรือหาอาหาร น้ำพิษจะเข้าไปทำลายหรือหยุดการเคลื่อนไหวของเหยื่อทำให้เหยื่อเป็นอัมพาตและตายในที่สุด พบว่าพิษของงูทะเลมีความรุนแรงมากกว่าพิษของงูพิษชนิดอื่นๆ (ยกเว้นพิษของงูพิษ Tiger snake ของออสเตรเลีย) น้ำพิษของงูทะเลมีความเป็นพิษสูง 1 หยดของน้ำพิษ (ประมาณ 0.03 มิลลิลิตรหรือประมาณ 10 มิลลิกรัมของน้ำหนักแห้ง) มีพิษมากพอที่จะฆ่าผู้ชายที่โตเต็มวัยได้ถึง 3 คน งูทะเลบางชนิดสามารถส่งผ่านน้ำพิษได้ 7-8 หยดในการกัดเพียงครั้งเดียว[4]

น้ำพิษของงูทะเลทุกชนิดประกอบด้วยพิษมากกว่า 1 ชนิดและการรวมกันของพิษหลายชนิดทำให้มีความเป็นพิษที่รุนแรงมากขึ้น พิษของงูทะเลเป็นพิษชนิด Neurotoxin มีลักษณะเป็นของเหลวใสมีสีเหลืองหรือไม่มีสี มีความเป็นกรด-ด่าง (pH) ประมาณ 6.3 สามารถทนอยู่ในช่วง pH ได้ช่วงหนึ่ง มีผลต่อการทำงานของระบบประสาทที่ส่งต่อไปยังกล้ามเนื้อต่างๆ ทั่วร่างกาย พิษงูทะเลประกอบด้วยโปรตีนซึ่งเป็นองค์ประกอบหลังถึง 90 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนังแห้ง และโปรตีนส่วนมากเป็นเอนไซม์โดยจะพบเอนไซม์ 3 ชนิดได้แก่ Proteolytic enzyme, Phospholipase และ Hyaluronidase พิษงูทะเลบางชนิดสามารถทนความร้อน 100 องศาเซลเซียสได้ถึง 5 นาที โดยไม่สูญเสียความเป็นพิษแต่จะถูกทำลายเมื่อผ่านไป 20 นาที นอกจากนี้พบว่าน้ำพิษงูทะเลบางชนิดถูทำลายได้ที่อุณหภูมิ 75 องศาเซลเซียสในเวลา 20 นาทีเท่านั้น

งูทะเลมีเขี้ยวพิษสองเขี้ยวอยู่ทั้งสองข้างของขากรรไกรบน แต่มีบางชนิดพบเพียงเขี้ยวเดียวอยู่ในช่องปาก เขี้ยวงูทะเลมีขนาดเล็กมากเฉลี่ยประมาณ 1.3-6.7 มิลลิเมตร มีลักษณะเหมือนกับเขี้ยวของงูเห่าบกแต่มีขนาดเล็กกว่าเมื่อเทียบกับงูขนาดเดียวกัน เขี้ยวพิษ (Venom apparatus) จะเชื่อมต่อกับต่อมพิษ (Venom gland) ซึ่งต่อมนี้จะอยู่สองข้างของหัวและน้ำพิษจะไหลจากโคนเขี้ยวพิษ แรงดันจากการกัดเหยื่อจะส่งน้ำพิษเข้าสู่ตัวเหยื่อ เนื่องจากเขี้ยวงูทะเลมีขนาดเล็กมากเมื่อถูกกัดจะรู้สึกเหมือนโดนหนามตำหรือเหมือนโดนผึ้งต่อย ร่องรอยจากการถูกกัดนั้นแทบมองไม่เห็นหรืออาจพบมีเลือดออกซิบๆ มีรอยขีดยาว 2-3 เซนติเมตร รู้สึกเจ็บแปลบแล้วหายไปแต่บางครั้งก็อาจมีความรู้สึกเจ็บอยู่ระยะหนึ่งซึ่งไม่นานและไม่รุนแรงนัก อาการเจ็บเมื่อโดนกัดเช่นนี้ทำให้ผู้ที่ถูกงูทะเลกัดมักเข้าใจผิดว่าถูกปูหนีบ ถูกก้อนหินบาด หรือถูกสัตว์ไม่มีพิษขนาดเล็กชนิดอื่นๆ ทำร้าย หากถูกงูทะเลกัดแล้วเขี้ยวของงูทะเลหลุดคาอยู่ในแผลก่อนทำการรักษาต้องบ่งเอาเขี้ยวออกก่อน