Quando os níveis de nutrientes aumentam, há uma proliferação intensa de bactérias aeróbicas, que utilizam o oxigênio dissolvido na água para sua respiração. Esse aumento na população bacteriana consome rapidamente o oxigênio disponível, resultando em condições de hipóxia (baixo nível de oxigênio) ou anóxia (ausência de oxigênio), levando à morte por asfixia de muitos organismos aquáticos, como peixes, insetos aquáticos e crustáceos.
Além das bactérias, a disponibilidade excessiva de nutrientes também causa um aumento considerável no crescimento de algas e plantas aquáticas. Esse crescimento excessivo forma frequentemente uma camada 'verde' na superfície dos corpos d'água, bloqueando a entrada de luz e dificultando a fotossíntese das plantas submersas.
A falta de oxigênio e a redução da luz solar levam à morte de plantas e animais aquáticos. Esses organismos mortos são decompostos por bactérias anaeróbicas, que não utilizam oxigênio e produzem gases tóxicos e malcheirosos, como ácido sulfídrico e metano. Corpos d'água afetados pela eutrofização são frequentemente chamados de 'mortos', devido à escassez de vida aquática viável.