สารที่ก่อให้เกิดมลพิษทางน้ำ ได้แก่สารเคมีที่มีอยู่ในน้ำ แล้วก่อให้เกิดภาวะมลพิษทางน้ำขึ้น
สารมลพิษทางน้ำ สามารถจำแนกออกได้เป็น 6 ประเภท ดังนี้คือ

1. สิ่งมีชีวิต (biological agents) ได้แก่สิ่งมีชีวิตที่ ทำให้น้ำเสียหรือเสื่อมคุณภาพ เช่น

- จุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค เช่น แบคทีเรีย โพรโตซัว ไวรัส รา ในน้ำจะพบจุลินทรีย์ที่เป็นสาเหตุของ โรคอหิวาตกโรค โรคบิด ไทฟอยด์ โรคลำไส้อักเสบ ตับอักเสบ เป็นต้น

- สาหร่าย สาหร่ายจะเจริญเติบโตในแหล่งน้ำที่มีสารอาหารมาก สาหร่ายจะเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการตายและการเน่าของสาหร่าย อันเป็นเหตุให้น้ำเน่าและแหล่งน้ำขาดออกซิเจน

2. สารเคมีที่มีอยู่อุดมสมบูรณ์ หรือ เกินอุดมสมบูรณ์ (chemical that enrich and over enrich) ได้แก่ สารอินทรีย์ ซึ่งเป็นของเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมผลิตน้ำตาล โรงงานผลิตสุรา - เบียร์ โรงฆ่าสัตว์ โรงงานอาหารกระป๋อง ของเสียจากบ้านเรือน ซึ่งของเสียที่ปล่อยออกมาจะมีโปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน ผงซักฟอก ไฮโดรคาร์บอน และขยะปะปนอยู่ ส่วนสารอนินทรีย์ได้แก่น้ำที่มีเกลือไนเทรต และเกลือฟอสเฟต ที่มาจากการเกษตรกรรม สารอินทรีย์จะถูกย่อยสลาย โดยแบคทีเรียและเห็ด ราในน้ำ เกิดเป็น
สารอาหารที่อุดมสมบูรณ์ของสาหร่ายและพืชน้ำน้ำที่มีไนเทรตและฟอสเฟตอยู่ในปริมาณสูงจะช่วยทำให้
้สาหร่ายและพืชน้ำเติบโตและเพิ่มจำนวนมากมายอย่างรวดเร็ว เมื่อสาหร่ายและพืชน้ำตายจึงเกิดการเน่าของน้ำ เรียกว่าเกิด ยูโทรพิเคชันขึ้น

    3. พิษของสารเคมี (chemical poison) สารอนินทรีย์และสารอินทรีย์หลายชนิดที่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตที่ใช้น้ำในการอุปโภค - บริโภค หรือบริโภคสัตว์น้ำจากแหล่งน้ำที่มีสารเคมีเป็นพิษเจือปนอยู่ สารอนินทรีย์ที่จัดเป็นสารมลพิษทางน้ำ ได้แก่ โลหะหนัก เช่น โลหะที่มีความถ่วงจำเพาะมากกว่าน้ำ 5 เท่าขึ้นไป มีอัตราการขยายตัวค่อนข้างช้า ทำให้สะสมอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้นานในรูปของตะกอน สิ่งมีชีวิต
ในน้ำจะได้รับโลหะหนักจากน้ำ พืชน้ำ สัตว์น้ำ จากการกินตามห่วงโซ่อาหาร ดังนั้นจึงเกิดการสะสมโลหะหนักในเนื้อเยื่อสัตว์ และเนื้อเยื่อพืช โดยสะสมสารมลพิษเพิ่มขึ้นตามลำดับขั้นการบริโภค

                 โลหะหนักที่พบในแหล่งน้ำ ได้แก่ สารหนู ตะกั่ว ปรอท แคดเมียม สังกะสีโครเมียม นิเกิล แมงกานิสเป็นต้นโลหะหนักที่มีบทบาทต่อภาวะมลพิษทางน้ำมากที่สุดคือปรอท ตะกั่ว และแคดเมียม ถ้ามีมากเกินขีดจำกัดแล้วจะทำให้เป็นพิษต่อร่างกาย ดังเช่นพิษของปรอททำให้เกิดโรคมินามาตะในชาวประมงญี่ปุ่นบริเวณอ่าวมินามาตะ พิษของแคดเมียม ทำให้เกิดโรคอิไต-อิไต ในประเทศญี่ปุ่น ในประเทศไทย ประชาชนในอำเภอร่อนพิบูล จังหวัดนครศรีธรรมราช เป็นโรคไข้ดำ เนื่องจากน้ำดื่มมีสารหนูเจือปนอยู่มาก พิษของตะกั่วในชุมชนคลิตี้ จังหวัดกาญจนบุรี เป็นต้น

                โรคไข้ดำ เป็นโรคผิวหนังอันเกิดมาจากพิษสารหนูที่มีอยู่เกินขนาดตามแหล่งน้ำโรคนี้เกิดที่อำเภอร่อนพิบูล จังหวัดนครศรีธรรมราชแหล่งน้ำธรรมชาติมีสารหนูถูกชะล้างมาจากเหมืองแร่ในอดีต โรคนี้เป็นที่สนใจเมื่อคนในอำเภอนี้เป็นโรคนี้กันมาก อาการที่ปรากฏ คือ ผิวหนังเริ่มแข็งกระด้าง ตามข้อนิ้วมือ ฝ่ามือ
ฝ่าเท้า และบริเวณลำตัว ผิวหนังใต้ร่มผ้าออกลายเป็นจุดดำ ๆ แล้วค่อยขยายวง เป็นจุดสลับขาวน่าเกลียด
เมื่อเดือนกันยายน พ.ศ. 2530 (ค.ศ. 1987) ได้มีครอบครัวหนึ่งสมาชิกจำนวน 8 คนมีอาการดังกล่าวข้างต้นไปตรวจที่โรงพยาบาลประจำจังหวัดนครศรีธรรมราช แพทย์ผู้ตรวจได้นำคนไข้ไปพบนายแพทย์ธาดา
เปี่ยมพงศ์สานต์แพทย์ผู้เชี่ยวชาญโรคผิวหนัง จึงสามารถวิเคราะห์โรคได้ว่าเป็นโรคที่เกิดจากพิษของสารหนูที่มีอยู่ในแหล่งน้ำ จากการสำรวจแหล่งน้ำกินน้ำใช้ของชาวบ้านจำนวน 300 บ่อ ปรากฏว่าปริมาณสารหนูเกินขนาดมาตรฐานที่เป็นอันตรายทุกบ่อ ปริมาณมาตรฐานที่จะใช้น้ำบริโภคได้ คือ 2 มิลลิกรัมต่อลิตร ผลการสำรวจและวิเคราะห์พบสารหนูอยู่ในแหล่งน้ำโดยเฉลี่ยมีมากกว่า 50 มิลลิกรัมต่อลิตร จากการสำรวจพบว่ามีนักเรียนเป็นโรคไข้ดำมากถึงร้อยละ 20 ส่วนครูเป็นมากถึงร้อยละ 70 ทางจังหวัดจึงเตือนให้ดื่มน้ำฝนแทนน้ำจากบ่อ เพื่อลดการได้รับสารหนู เข้าสะสมในรางกาย

                   พิษจากอนินทรียสาร ได้แก่พิษของยาฆ่าแมลง เช่น ดีดีที คลอเคน สารประกอบเบนซิน เช่น ฟีนอล ปัจจุบันพบสารชนิดใหม่ที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม คือ โพลีคลอรีเนเตตไบเฟนิล (polychlorinated biphenyl or PCB) หรือ พีซีบี สารชนิดนี้สลายตัวยาก สารชนิดนี้ใช้เป็นตัวระบายความร้อนของเครื่องจักร
ใช้ในการทำหม้อแปลงไฟฟ้า ทำความสะอาดเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เมื่อพีซีบีผ่านลงแหล่งน้ำจะผ่านเข้าสู่
สิ่งมีชีวิตตามโซ่อาหาร เมื่อมนุษย์กินปลาหรือสัตว์น้ำที่มีพีซีบีสะสมอยู่มาก จะทำให้เกิดความผิดปกติและตายเนื่องจากขบวนการทางสรีรวิทยาขัดข้องจากการสำรวจพีซีบี บริเวณขั้วโลกเหนือพบว่าแมวน้ำ นกเพนกวิน และสาหร่ายมีสารชนิดนี้อยู่ในเนื้อเยื่อค่อนข้างสูง

                4. สารลอยผิวหน้าน้ำ สารแขวนลอยและตะกอน สารลอยผิวหน้าน้ำ คือน้ำมัน คราบน้ำมัน และสารอื่น ๆ ซึ่งบางชนิดติดไฟได้ จึงเกิดอันตรายกับสัตว์น้ำ นอกจากนี้ยังกั้นไม่ให้แสงผ่านลงสู่น้ำและกั้นก๊าซออกซิเจนไม่ให้สามารถแพร่ลงสู่น้ำได้ ตัวอย่างต่อไปนี้เป็นสารที่ลอยผิวหน้าน้ำ คือ ใบไม้ กิ่งไม้ แผ่นโฟม
ถุงพลาสติก กระป๋อง สารแขวนลอยและตะกอนที่มักจะเป็นอนุภาคของดินขนาดต่าง ๆ ซึ่งทำให้น้ำขุ่นจะตกตะกอนจมลงสู่ก้นแหล่งน้ำ เมื่อมีน้ำหนักมากขึ้น

     5. สารกัมมันตภาพรังสี (radioactive substance) เช่น ยูเรเนียม สตรอนเตรียม ซีเซียม ไอโอดีน เป็นต้น สารกัมมันตภาพรังสีดังกล่าวจะผ่านลงสู่แหล่งน้ำได้โดยวิธีต่าง ๆ ดังนี้

สารกัมมันตภาพรังสีจากห้องปฏิบัติการและโรงพยาบาลนั้นอยู่ในระดับต่ำ เมื่อผ่านลงสู่แหล่งน้ำจะมีการทับถมในก้นแหล่งน้ำ จึงก่อให้เกิดปัญหาด้านการขยายทางชีววิทยาต่ำกว่าโรงไฟฟ้าปรมาณู และจากฝุ่นกัมมันตภาพรังสีมาก ( Kupchella and Hyland , 1989 : 397)

                 6. ความร้อน (heat) เนื่องจากน้ำเป็นตัวนำความร้อนที่ดี จึงใช้น้ำเป็นตัวระบายความร้อนของเครื่องจักรในโรงไฟฟ้า โรงกลั่นน้ำมัน โรงงานปฏิกรณ์ปรมาณู น้ำที่ใช้ระบายความร้อนนี้ เมื่อผ่านออกมาจากอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ต้องการระบายความร้อนก็จะมีอุณหภูมิสูงมากจึงกลายเป็นน้ำเสีย เมื่อถูกนำลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ จะทำให้น้ำในแหล่งน้ำธรรมชาติ มีอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นอันตรายต่อตัวอ่อนและตัวเต็มวัยของสัตว์น้ำในบริเวณนั้น อาจทำให้สัตว์น้ำตายหมด บางส่วนต้องอพยพหนีไปหาที่อยู่ใหม่ บริเวณนี้อาจไม่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่เลย

สารมลพิษทางน้ำที่กล่าวมาแล้ว 6 ประเภทนั้นอาจจัดเป็น 3 กลุ่มใหญ่ คือ สารมลพิษทางเคมี สารมลพิษทางชีววิทยา และสารมลพิษทางกายภาพ ดังตาราง

ตาราง ตัวอย่างสารมลพิษทางน้ำ

(ที่มา: พิมล เรียนวัฒนา และชัยวัฒน์ เจนวาณิชย์. 2525 : 68)