Carbon dioxide hòa tan trong đại dương để tạo thànhaxit cacbonic(H2CO3),bicarbonat(HCO3−) vàcacbonat(CO32−). Có khoảnglượng carbon hòa tan trong đại dương gấp năm mươi lần lượng carbon tồn tại trong khí quyển. Các đại dương hoạt động như mộtbồn chứa cacbonvà đã hấp thụ khoảng một phần ba lượng CO2 thải ra từ hoạt động của con người.
Khi nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tăng lên, lượng carbon dioxide hấp thụ vào đại dương tăng lên đang gây ra sự giảm đáng kể độ pH của đại dương, được gọi làaxit hóa đại dương. Sự giảm độ pH này ảnh hưởng đến các hệ thống sinh học trong đại dương, chủ yếu là đại dươngvôi hóasinh vật. Những hiệu ứng này trải dàichuỗi thức ăntừsinh vật tự dưỡngĐẾNsinh vật dị dưỡngvà bao gồm các sinh vật nhưcoccolithophores, san hô, trùng lỗ, động vật da gai, giáp xácVàđộng vật thân mềm. Trong điều kiện bình thường, canxi cacbonat ổn định trong nước mặt vì ion cacbonat ởquá bão hòanồng độ. Tuy nhiên, khi độ pH của đại dương giảm, nồng độ của ion này cũng giảm theo và khi cacbonat trở nên không bão hòa, các cấu trúc tạo thành từ canxi cacbonat dễ bị hòa tan. San hô,tảo coccolithophore, tảo Coralline, foraminifera,động vật có vỏVàchân cánhtrải qua quá trình canxi hóa giảm hoặc hòa tan tăng khi tiếp xúc với CO2 cao. Độ hòa tan của khí giảm khi nhiệt độ của nước tăng (trừ khi cả áp suất vượt quá 300 bar và nhiệt độ vượt quá 393K, chỉ được tìm thấy gần các lỗ thông hơi địa nhiệt sâu) và do đó tốc độ hấp thụ từ khí quyển giảm khi nhiệt độ đại dương tăng.
Hầu hết CO2 được đại dương hấp thụ, chiếm khoảng 30% tổng lượng CO2 thải vào khí quyển, tạo thành axit cacbonic cân bằng với bicarbonate. Một số loài hóa học này được các sinh vật quang hợp tiêu thụ, loại bỏ cacbon khỏi chu trình. Sự gia tăng CO2 trong khí quyển đã dẫn đến sự suy giảmđộ kiềmcủa nước biển, và có lo ngại rằng điều này có thể ảnh hưởng xấu đến các sinh vật sống trong nước. Đặc biệt, khi độ kiềm giảm, khả năng sử dụng cacbonat để tạo vỏ cũng giảm, mặc dù có bằng chứng cho thấy sản lượng vỏ tăng lên của một số loài khi hàm lượng CO2 tăngNOAA nêu trong "Bảng dữ kiện khoa học tình hình tháng 5 năm 2008"vìaxit hóa đại dương" rằng:"Các đại dương đã hấp thụ khoảng 50% carbon dioxide (CO2) thải ra từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến các phản ứng hóa học làm giảm độ pH của đại dương. Điều này đã gây ra sự gia tăng ion hydro (độ axit) khoảng 30% kể từ khi bắt đầu thời đại công nghiệp thông qua một quá trình được gọi là "axit hóa đại dương". Ngày càng có nhiều nghiên cứu chứng minh tác động tiêu cực đến các sinh vật biển, bao gồm:Tốc độ san hô tạo rạn tạo ra bộ xương của chúng giảm, trong khi sản lượng của nhiều loại sứa tăng.
Khả năng duy trì lớp vỏ bảo vệ của tảo biển và động vật phù du bơi tự do bị giảm đi.
Khả năng sống sót của ấu trùng các loài sinh vật biển, bao gồm cá thương mại và động vật có vỏ, bị giảm đi."
Ngoài ra, Ủy ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) viết trong Báo cáo tổng hợp Biến đổi khí hậu 2007 của họ: "Việc hấp thụ cacbon do con người tạo ra kể từ năm 1750 đã khiến đại dương trở nên có tính axit hơn với độ pH trung bình giảm 0,1 đơn vị. Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng dẫn đến tình trạng axit hóa hơn nữa... Mặc dù những tác động của tình trạng axit hóa đại dương được quan sát thấy đối với sinh quyển biển vẫn chưa được ghi nhận, nhưng tình trạng axit hóa đại dương đang diễn ra được dự đoán sẽ có tác động tiêu cực đến các sinh vật hình thành vỏ ở biển (ví dụ như san hô) và các loài phụ thuộc của chúng."
Một số sinh vật vôi hóa biển (bao gồm cả rạn san hô) đã được các cơ quan nghiên cứu lớn, bao gồm NOAA, ủy ban OSPAR, NANOOS và IPCC, chỉ ra, vì nghiên cứu mới nhất của họ cho thấy rằng quá trình axit hóa đại dương có thể tác động tiêu cực đến chúngCarbon dioxide cũng được đưa vào đại dương thông qua các lỗ thông thủy nhiệt. Lỗ thông thủy nhiệt Champagne, được tìm thấy ở phía Tây Bắc Eifuku volcano tạiDi tích quốc gia biển rãnh Marianas, tạo ra carbon dioxide dạng lỏng gần như tinh khiết, là một trong hai địa điểm duy nhất được biết đến trên thế giới.
