在地表淡水系統中，磷酸鹽通常是植物生長的限制因素，而在海水系統中往往是氨氮和硝酸鹽限制植物的生長以及總的生產量。導致富營養化的物質，往往是這些水系統中含量有限的營養物質，例如，在正常的淡水系統中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸鹽會導致植物的過度生長，而在海水系統中磷是不缺的，而氮含量卻是有限的，因而含氮汙染物加入就會消除這一限制因素，從而出現植物的過度生長。生活汙水和化肥、食品等工業的廢水以及農田排水都含有大量的氮、磷及其他無機鹽類。天然水體接納這些廢水後，水中營養物質增多，促使自養型生物旺盛生長，特別是藍藻和紅藻的個體數量迅速增加，而其他種類的藻類則逐漸減少。水體中的藻類本來以矽藻和綠藻為主，藍藻的大量出現是富營養化的徵兆，隨著富營養化的發展，最後變為以藍藻為主。藻類繁殖迅速，生長週期短。藻類及其他浮游生物死亡後被需氧微生物分解，不斷消耗水中的溶解氧，或被厭氧微生物分解，不斷產生硫化氫等氣體，從兩個方面使水質惡化，造成魚類和其他水生生物大量死亡。藻類及其他浮游生物殘體在腐爛過程中，又把大量的氮、磷等營養物質釋放入水中，供新的一代藻類等生物利用。因此，富營養化了的水體，即使切斷外界營養物質的來源，水體也很難自淨和恢復到正常狀態。