ขยะพลาสติกที่อยู่ได้นานมากเหล่านี้ สุดท้ายจะไปสิ้นสุดในกระเพาะอาหารของสัตว์ทะเลพวกนกและสัตว์น้ำ[15] รวมทั้งเต่าทะเล (sea turtle) นกอัลบาทรอสเท้าดำ (Black-footed Albatross)[16] นอกจากจะมีอันตรายต่อสัตว์ต่างๆ ดังกล่าวแล้ว ขยะลอยบนผิวน้ำยังสามารถดูดซับสารมลพิษอินทรีย์จากน้ำทะเลได้อีกด้วยซึ่งรวมถึงสาร PCB (Polychlorinated biphenyl), DDT, และ PAH (Polycyclic aromatic hydrocarbon) ได้อีกด้วย[17] นอกเหนือจากผลกระทบทางสภาพพิษแล้ว[18] เมื่อเข้าสู่ระบบการย่อยอาหาร สารดังกล่าวสร้างความเข้าใจผิดแก่ระบบต่อมไร้ท่อ (endocrine) ในร่างกายสัตว์ว่าเป็นเอสตราไดออล (estradiol) ทำให้ระบบฮอร์โมนผิดปกติมีผลกระทบต่อสัตว์[16]นอกจากนี้ ขยะทะเลยังเป็นตัวช่วยแพร่กระจายช่วยให้จุลชีพและสัตว์น้ำไม่พึงประสงค์หลายชนิดที่ระบาดในภูมิภาคหนึ่งแพร่ระบาดไปกระทบระบบนิเวศอีกภูมิภาคหนึ่งที่ห่างไกลได้ด้วย[9]