La causa dell'acidificazione degli oceani è l'alta concentrazione di CO2 rilasciata nell'atmosfera. La copiosa presenza di anidride carbonica è dovuta alle quotidiane emissioni di industrie, mezzi di trasporto ed, in generale, dalle attività umane, le quali hanno alterato il ciclo del carbonio. Gli oceani, dalla loro parte, hanno sempre svolto il ruolo di assorbimento di CO2 riducendo la concentrazione di quest'ultima nell'atmosfera. Tale fenomeno avviene in modo diretto, tramite la dissoluzione di CO2 nell'acqua o in modo indiretto attraverso la fotosintesi delle alghe e del fitoplancton. Tuttavia l'aumento rapido di diossido di carbonio nell'atmosfera ha portato gli oceani ad assorbire maggiori quantità di CO2 (circa il 30% dell'anidride carbonica in eccesso in atmosfera, ed un 5% in più rispetto alla quantità normalmente assorbita).

Per comprendere meglio come l'eccesso di assorbimento di anidride carbonica influisca negativamente sugli ecosistemi marini ed oceanici, è necessario comprendere una questione chimica di base. La CO2 reagisce con l'acqua formando acido carbonico (H2CO3). Quest'ultimo si dissocia in ioni bicarbonato (HCO3- ) e ioni H+. A loro volta gli ioni bicarbonato si dissociano in ulteriori ioni H+ e ioni carbonato (CO32-). La continua produzione di protoni (ioni H+) abbassa il pH delle acque oceaniche. Il valore del pH, infatti,  indica il livello di concentrazione di tali ioni (maggiore è la loro concentrazione, più il livello di pH è basso e più la soluzione è acida). Il livello del pH negli ultimi 150 anni nelle acque oceaniche si è abbassato da 8,25 a 8,14. Questa diminuizione è considerevole considerando l'equilibrio mantenuto nei mililioni di anni precedenti alla rivoluzione industriale!

L'acidificazione degli oceani provoca tre cambiamenti fondamentali dal punto di vista chimico dell'acqua, ossia l'aumento dell'acido carbonico, l'abbassamento del pH marino ed infine la diminuzione della concentrazione di ioni carbonato. In particolare, queste variazioni non consentono a molti organismi acquatici di costruire i propri gusci o scheletri di carbonato di calcio, provocando minori possibilità di sopravvivenza, con conseguenze sulla biodiversità e sulle risorse ittiche sfruttate con la pesca.  

Nelle barriere coralline l'acidificazione degli oceani sta provocando il dissolvimento dei sedimenti che costituiscono il reef. Qui l'acidità degli oceani provoca no solo una diminuzione della produzione di carbonato di calcio, ma anche lo sbiancamento dei coralli stessi. Quest'ultimo effetto avviene, in particolare, quando i coralli espellono le alghe simbiotiche che vivono nei loro tessuti.