L'acidificazione degli oceani è causata da un aumento di CO2 atmosferica che entra nell'acqua. L'oceano assorbe circa 30% di tutta l'anidride carbonica antropogenica, con l'Atlantico settentrionale che assorbe il 23%, rendendolo il più grande serbatoio di carbonio degli oceani globali. Ciò avviene principalmente attraverso il mescolamento atmosferico nello strato superficiale dell'acqua, tramite la pompa di solubilità, ma anche attraverso l'assorbimento di CO2 da parte di organismi fotosintetici nella pompa biologica del carbonio e nel ciclo microbico.

Mentre il carbonio è un elemento naturale fondamentale per praticamente tutte le forme di vita, diventa dannoso quando viene immesso nell'oceano più carbonio di quanto il sistema possa assorbire naturalmente. La CO2 entra nell'oceano e si mescola con l'acqua portando a reazioni chimiche che formano acido carbonico, il quale si scompone in ioni idrogeno positivi e bicarbonato.

L'aumento degli ioni di idrogeno è ciò che porta a una diminuzione del pH creando unambiente più acido. Una diminuzione di 0,1 del pH oceanico è stata osservata dall'era preindustriale, passando da 8,2 a 8,1, il che corrisponde a un aumento del 30% dell'acidità attraverso un aumento della concentrazione di ioni idrogeno, portando a una diminuzione del 16% degli ioni carbonato. Le previsioni del rapporto IPCC indicano che, con gli attuali scenari di emissione, si osserverebbe una diminuzione del pH di 0,3-0,4, corrispondente a un aumento dell'acidità del 100-150% e a una diminuzione del 50% degli ioni carbonato. Sebbene molti degli impatti a lungo termine dell'acidificazione degli oceani necessitino di ulteriori ricerche, sappiamo che cambiare la chimica degli oceani su scala globale influenzerà molte funzioni biologiche e fisiche. Alcuni impatti immediati sono stati riconosciuti negli organismi marini calcificanti, che dipendono dal carbonato di calcio per costruire i loro gusci protettivi.

Man mano che gli oceani si acidificano, la minore disponibilità di carbonato porterà a una maggiore difficoltà nella costruzione di gusci calcificati e alla dissoluzione dei gusci calcificati esistenti, soprattutto negli organismi che utilizzano l'aragonite come elemento costitutivo. Ulteriori studi suacidificazione degli oceani probabilmente scoprirà impatti più significativi su pesci, coralli, fotosintetizzatori marini e sulla capacità degli oceani di assorbire il carbonio antropogenico.