Tal van chemische stoffen (bijvoorbeeld: koolwaterstoffen, DDT en PCB’s) worden geloosd in de oceaan ten gevolge van het maritiem verkeer, industriële, landbouwkundige en stedelijke activiteiten of stapelen zich op in de oceaan (bijvoorbeeld: plastic afval). Walvisachtigen lijken daar bijzonder gevoelig aan te zijn en vertonen hoge gehaltes aan kwik en lood. Hoewel de impact van deze verontreiniging nog relatief weinig bestudeerd wordt, zijn de gevolgen ervan voor de walvisachtigen gevaarlijk, en zelfs dodelijk: verzwakking van het immuniteitssysteem (en dus overblootstelling aan ziektes), effecten op de hormonen, intoxicatie van pasgeboren jongen, gestrande dieren, …
De meest gekende chemische verontreiniging is die door koolwaterstoffen. Deze verontreiniging leidt tot ernstige ziektes en kan er ook toe leiden dat dieren aan land aanspoelen. Zo zijn er bijvoorbeeld 745 walvisachtigen aangespoeld na de olievlek van 2010 in de Golf van Mexico. Men moet er zich echter van bewust zijn dat het aantal gestrande dieren ten gevolge van deze verontreiniging slechts een klein percentage vertegenwoordigt van het totale aantal dode dieren (misschien 2%) en dat het totaal aantal slachtoffers veel hoger ligt.