Herkkä merialue
Itämeri on yksi maailman liikennöidymmistä meristä ja sen valuma-alueella asuu noin 85 miljoonaa ihmistä. Se luokiteltiin vuonna 2004 erityisen herkäksi merialueeksi (PSSA, Particularly Sensitive Sea Area). Valitettavasti se on myös yksi maapallon saastuneimmista meristä. Ongelmia aiheuttavat esimerkiksi rehevöityminen, öljykuljetukset ja ilmastonmuutos. Herkällä alueella myös onnettomuuksien vaikutukset ovat suuret.
Itämeren valuma-alue on nelisen kertaa suurempi kuin itse meri. Valuma-alueella tarkoitetaan sitä maa-aluetta, jolta valuu vettä ja sen mukana ravinteita mereen. Pieni Itämeri kärsii hyvin laajalta alueelta tulevasta ravinnekuormasta.
Murtovesi
Itämeressä jokien tuoma makea vesi sekoittuu suolaiseen meriveteen, jota virtaa hiljalleen Tanskan salmien kautta Pohjanmereltä. Keskimäärin kymmenen vuoden välein sääolosuhteet ovat otolliset suolapulssille, jolloin suolaista merivettä virtaa Pohjanmereltä Itämerelle tavallista voimakkaammin. Suolainen, tiheä merivesi painuu Itämeren pohjaan ja nostaa vähähappista vettä syvänteistä. Suolapulssit sekoittavat Itämeren vettä, vähentävät happikatoa ja ehkäisevät rehevöitymistä. Itämeren ekosysteemille tärkeät suolapulssit ovat kuitenkin viime vuosikymmeninä harventuneet.
Vain harvat eliölajit viihtyvät murtovedessä. Monille makean veden lajeille vesi on liian suolaista ja valtamerilajeille liian makeaa. Makean veden lajit elävät rannikolla ja lahden pohjukoissa, missä vesi ei ole niin suolaista. Itämeren vaativiin oloihin sopeutuneet eläimet ovat usein pienempiä kuin valtamerillä elävät lajitoverinsa.
Itämeren altaaseen on jäänyt jääkauden jälkeen eristyksiin myös joitakin Jäämereltä tai Siperiasta tulleita äyriäis- ja kasvilajeja. Nämä reliktit kuten kilkki ovat sopeutuneet Itämeren vähäsuolaiseen ympäristöön, eivätkä enää selviäisi suolaisessa merivedessä.
Laivojen painolastivesien mukana Itämerelle matkustaa vieraslajeja, jotka voivat viedä elintilaa Itämeren muilta eliöiltä.