水質汚濁
底質との関係
現実の環境、特に河川の水質汚濁においては、水中に分散した時の底質そのもの（懸濁物質）、および液体と固体の間で物質が吸着・溶出する作用が、非常に大きな要素となっている。重みと作用機構はいくぶん異なるが、湖沼や海域でも同様である。
水質汚濁の定義に底質汚染が含まれるのは、大雨による河川増水など気象条件や、浚渫などの人為的な行為によって撹拌された時はもちろん、平常時であっても水との相互作用が常に起きていて、影響を及ぼし合っているためである。従って、ある日時の水だけを試験・評価しただけでは不十分である。
また、底質は水に比して移動速度が極めて遅い特徴がある。さらに物質の吸着・溶出は、接している水との濃度勾配や、各々の物質がもつ水溶性などの物性、水温や他の溶存物質（汽水など）の影響による物理・化学的側面に加え、底質中に無数に存在する微生物の代謝や食物連鎖などの生態系内部での物質移動といった生物的側面が大きいと考えられ、その解明は道半ばにある。
しかし、水域全体の底質を調査するには、過大なコストが必要となるため、行政による規制はごく限定されたものとなっている。現在、底質に対する規制が実施されているのは、水銀、PCB、ダイオキシン類についてのみとなっている。
従って、有害性が未解明で法規制も行われていなかったり、水処理技術が未発達だった時代に排出された水・廃棄物に由来する有害物質が底質に蓄積されているため、水質が改善した現代の環境へと、逆に溶け出してくるおそれがあり、これは現実に発生していると考えられる。
例えば、ダイオキシン類の排出量は大きく改善されているにも係わらず、環境調査における水質でのダイオキシン類濃度がほとんど減少していない。これは、過去に排出されたダイオキシン類が底質に蓄積し、改善された水質を汚染しているためと考えられる。
汚染物質
有害物質による水質汚濁の原因としては、カドミウム、鉛などの重金属や有機水銀、揮発性有機化合物 (VOC) などで蓄積性、発癌性を持つ物質があげられる。主に工場排水や産業廃棄物が発生源として警戒される。
水の状態を悪化させる原因となるものは、生物により容易に消費されるタイプの有機物や、肥料の成分でもある窒素・リンなどの栄養塩類などがある。主に生活排水に由来し、本来環境に必要な物質であっても、過剰に存在する故に汚染物質と化す。
日本における水質汚濁
日本で水質汚濁が激化したのは高度成長期以降であるが、住民への有害物質による健康被害が重大化したのは江戸時代からの足尾鉱毒事件が最初といわれる。
「公害列島」時代
高度成長期に入り、急増した産業排水・廃棄物が公共水域へ投棄され続けた結果、1950年代から有明海で水俣病、1960年代に神岡鉱山下流でイタイイタイ病、阿賀野川で第二水俣病と、深刻な健康被害を引き起こす公害病が多発した。
また、生活水準向上への欲求から水洗トイレが普及したが、生活排水の不十分な処理のままの放流により、多くの河川や湖沼が高濃度のBOD成分により汚染され、魚類等の水質環境変化による絶滅、生産性の衰退など被害が激化した（川漁が盛んな地域で迷惑料を課したケースもある）
公害国会とその後
1970年の第64回国会で、多くの法令による規制がようやく開始され、また国民の環境に対する意識の変化などにより、河川のBOD・海域のCODの数値は徐々に改善され、環境基準達成率も向上した。
しかし、都市中小河川や湖沼などの閉鎖性水域では、環境基準達成率は依然として低い状態が続いている。
新たな問題として廃棄物の不法投棄と関連した地下水汚染（地下水の水質汚濁）の発生も見受けられるようになった。2003年には、茨城県神栖市（当時は神栖町）で不法投棄による砒素化合物が原因と考えられる地下水汚染が発生し、住民に被害が出ている。
生活排水への取り組み
現在の水質汚濁の7割近くは一般家庭からの生活排水が汚染源となっている。対策のひとつとして、2005年の浄化槽法改正により単独処理浄化槽が廃止、水質基準の設定等が行われたが、一般家庭での環境意識が伴わなければ効果は期待できない。生活排水対策は法令だけでは効果が期待しにくいため、産業排水対策より対策は困難とされる。
進行中の水質悪化
日本では、山岳リゾート地や温泉ブームにより山間部や僻地の温泉にも人気場所がある。多くの場合、それらの場所は高度な排水処理はされず、簡易的な処理または直接川に排出される。そのため、下流域に生息する渓流魚のイワナ、ヤマメに入浴剤やシャンプー臭が付く現象が起きている。また、スキー場において雪面安定剤として硫酸アンモニウム（(NH₄)₂SO₄）が散布されるが、硫酸アンモニウムは低温環境下でも硝化することで硝酸に変化し河川に流入している。