海洋酸化的主要原因是由於大氣中二氧化碳（CO₂）濃度的升高。當二氧化碳溶解在海水中時，會與水反應生成碳酸（H₂CO₃），進而導致海水中氫離子（H⁺）的濃度增加，使得海水的pH值下降，酸鹼度降低。這個過程簡單來說就是CO₂+H₂O⇌H₂CO₃⇌HCO₃- +H⁺⇌CO₃²- +2H⁺，其中HCO₃-是碳酸氫根，CO₃²-是碳酸根。
海水酸性的增加打破了海水化學的平衡，對海洋生態系統構成了威脅。海洋吸收了大氣中約30%的二氧化碳，導致海水pH值下降了0.1，儘管這個變化看似不大，但實際上海水的酸度增加了30%。這種酸化趨勢仍在持續，對依賴化學環境穩定性的多種海洋生物乃至生態系統構成了巨大威脅。海洋酸化可能損傷貝類、甲殼類和珊瑚等海洋生物形成鈣質骨骼和外殼的能力，進而影響整個海洋生態系統的結構和功能。
此外，人類活動，如燃燒化石燃料和砍伐森林，導致大量二氧化碳排放到大氣中，是海洋酸化的主要人為驅動因素。這些活動導致大氣中二氧化碳濃度升高，進而加速了海洋酸化的過程。