海洋酸化将会破坏海洋生物生成外壳时的钙化过程，这意味着一些钙质浮游生物(包括某些食物链底层的光合浮游植物)、珊瑚、贝类和其他一切需要生成外壳的海洋生物都将受到影响。在这些受到影响的海洋浮游生物中，有一种被称为“翼足类动物”的小型软体动物在海洋食物网中扮演着重要的角色。因为它们要生成文石外壳，所以特别易受海洋酸化的影响。这种生物构成了幼年期阿拉斯加粉鲑的饮食中的重要部分，它们可能会因为食物减少而受到间接影响。海洋酸化将会使得贝类的贝壳更脆更薄，使得它们更难抵御那些能碾碎它们外壳的捕食动物。
有些海域的海水酸度偏高是一种自然现象。美国太平洋沿岸海水中碳酸盐的饱和度已经处在一个很低的状态了。当海面上的风将表层的海水带离海岸，深层的酸度较高的海水(被称为腐蚀性水)就会上流并危害贝类。在美国西海岸已经发生了周期性的富含二氧化碳的海水上流现象，导致当地的牡蛎幼虫存活率多年来一直非常低。几十年之前，这样的上升流事件中的海水并不像现在一样呈酸性，或许都不会引起人们的担忧。一些当地养殖场在养殖牡蛎幼虫时出现了困难。在一些商业贝类产业依赖于牡蛎的自然繁殖的河口地区，野生牡蛎幼虫的数量不断下降，这些现象很大程度上都是由于底层酸度较高的海水上流所引发的。当时，俄勒冈州威士忌溪贝类养殖场的工人们认为是pH低的水杀死了牡蛎幼虫。通过与俄勒冈州立大学以及美国国家海洋大气局的合作，他们明确了产生这一问题的原因，现在他们对海水的pH以及要进入海洋的水体进行了严密的监测，以确保当地海水环境适宜牡蛎生长。一项对于pH监测设备的小小投资使得这个行业免受了数百万美元的损失。
除了海水变暖所带来的问题之外，珊瑚十分容易受海洋酸化的影响，珊瑚外壳会因为海洋酸化而变脆。酸度和温度都偏高的海水(也许这就是以后的海水)给珊瑚带来的伤害更大，珊瑚会因为一些微生物而变得更加易碎，这些微生物包括藻类、蓝藻和真菌会在珊瑚表面钻出细小的孔或更甚一步削弱珊瑚骨架。届时珊瑚将不仅没有足够的材料来形成珊瑚礁，而且已经形成的珊瑚礁将会因海洋的酸化和这些微生物的作用而更快地被侵蚀。如果目前的这种趋势持续下去的话，随着珊瑚礁数量的大幅减少，全球与珊瑚礁相关的鱼类和无脊椎动物的数量也将大幅下降。
不断增加的二氧化碳也是一种额外的压力，促使珊瑚“转化”成海藻。在一项实验中，当二氧化碳浓度从背景值增加到一个设定值，珊瑚由于接触海藻而死亡的概率增加了两到三倍。因此，珊瑚礁特别易受海藻生长的影响，也易被海藻取代。然而珊瑚礁生态群落的其他生物却可以使珊瑚更耐受这些环境变化的影响。食草性鱼类和像海胆这样的无脊椎动物对维持珊瑚礁的健康起到了重要的作用，它们可以去除掉或者吃掉珊瑚表面的杂草状的藻类，为新生的珊瑚留下生存空间。这些食草动物可以帮助受损伤的珊瑚礁恢复过来。然而，并不是所有种类的珊瑚都可以这样。一些种类的珊瑚对低pH环境有一定的忍耐性，但是其他种类珊瑚短期暴露在低pH环境中将会在其生长阶段甚至世代间引起持续性伤害。珊瑚白化、疾病和海洋酸化彼此互相影响，影响珊瑚的生存、生长、繁殖、幼虫发育以及栖息地的发展。某些当地的环境压力之间的相互作用，如污染、沉积、捕捞过度，很可能会增强气候变化带来的影响。
海洋酸化并不仅仅只对生物的外壳产生影响。贻贝使用自身的一种刚性的弹性结构固定在海洋表面，这种结构被称为“足丝”。在pH较低的环境里，这些足丝会非常容易断裂并失去弹性，导致贻贝在酸性较强的水中的附着能力下降了约40%。海洋酸化还给大量海洋动物带来了生活习性和生长发育上的问题。鱼类使用鱼鳃来维持体内外的pH平衡，但是鱼在幼年期的时候并没有鳃，不能通过这种方式来维持体内和外界的pH平衡。对于河流入海口中普通的鱼类来说，它们的鱼卵和幼鱼在高浓度二氧化碳的水体环境中的成活率和成长会大大降低。在高浓度二氧化碳水体环境中，鱼卵的死亡率比幼鱼的死亡率要高得多。大西洋长鳍鱿鱼的鱼卵在二氧化碳浓度高的海水中要比在正常海水中生长更慢。鱿鱼体内的平衡石是一种矿物结构的物质，它帮助鱿鱼感知移动，平衡石在酸性水体中体积较小，而且会变成具有多孔的奇怪形状。平衡石出现问题会对鱿鱼的方向定位和游动造成很大的影响。
许多动物的行为也会受到海洋酸化的影响。例如，幼年期的小丑鱼在正常情况下会待在它们生活的珊瑚礁的周围，但随着水体的酸性变强，它们会游到离栖息地越来越远的地方去，而这种大胆的行为对它们的生存并不是一件好事，因为它们游得越远，被捕食者吃掉的可能性就越大。更糟的是，菲利普·芒迪(PhilipMunday)和他的同事们在对新几内亚天然冷泉(天然冷泉中冒出的二氧化碳气泡来自海底的火山活动)旁的珊瑚礁的研究中发现，小丑鱼已经对它们的天敌失去了本能的畏惧心理。在酸性环境中生活会使小珊瑚鱼被潜在的捕食者的气味所吸引。海洋酸化给海洋生物带来影响的另一个例子是酸性环境使得天竺鲷的嗅觉和归巢能力受损。这些影响都会提高物种的死亡率。酸性环境也会使海洋生物的捕食能力减弱。棕拟雀鲷是一种珊瑚鱼，如果它生存的水体环境中二氧化碳含量一旦上升的话，它会选择躲避受伤猎物的气味而不是去靠近，这使得它的觅食能力大大降低。
“智利鲍鱼”是一种蜗牛，它能附着在被海浪冲刷的海边岩石上。当它被潮水拍下岩石之后，它可以迅速地重新附着到岩石之上，这对于智利鲍鱼来说是一项重要的生存能力。但当海水中的二氧化碳含量上升(pH降低)，蜗牛自我纠正的速度较慢或根本无法重新附着到岩石上。低pH水体环境还会扰乱寄居蟹对食物气味的感知。低pH水体环境中的蟹类的触须抖动率(嗅探反应)会减弱，它们对气味来源的地理位置的探测准确性会大大降低，与生活在正常海水中的蟹类相比，它们的活动也会大大减少。
由于物种对海洋酸化的敏感性存在很大的差异，我们可以预估：随着海洋酸化的加重，一些物种将会存活下来而其他的物种将会大大减少，这种情况会引起海洋生态系统的巨大改变。例如，类似蟹和龙虾这样的大型甲壳类动物，尽管它们的外壳也有对钙的需求，它们看起来似乎并没有受到海水中过量的二氧化碳的影响，它们的体型反而会变得更大。在高含量二氧化碳环境下，龙虾和蟹类的蜕壳会加快。在蜕壳之后，它们在软壳期会经历一次发育陡增阶段。海水中过多的二氧化碳会缩短它们的蜕壳周期，使它们的体型变得更大，较大的体型会使得它们在应对捕食者时不那么脆弱并使它们自身觅食更加容易。这些研究目前还处于初级阶段，还需要做很多工作去了解海洋酸化对各种海洋生物的影响。在酸化的水体环境中，软体动物会长得更小而且外壳也会更脆弱，这导致它们更易被捕食。海胆似乎也对海洋酸化有抵抗力，这是因为海胆体内拥有可以抵抗酸化环境的基因，而且海胆还可以很快进化。研究人员将海胆幼体分别放入高含量和低含量二氧化碳环境中养殖，对其进行取样使用基因测序工具来确定海胆体内的哪一部分基因组成发生了改变。通过观察每个基因所改变的功能，研究人员可以辨别出哪些特定的基因对海胆可以在酸性水体环境中生存至关重要。
海洋酸化会使整个海洋生态系统退化，产生由较少数的动物和植物为主导的基因同化的生物群落。阿拉贡城堡位于意大利海岸边的一座岛屿上，它附近的火山口会自然地释放出二氧化碳，造成海水不同程度的酸化，这可以使我们得以一窥未来的海洋生态系统会是什么样的。海水中三个不同的区域——轻度酸化、高度酸化和极高度酸化区域——分别代表着现在、年和年时海洋生态环境的状况。研究人员去除掉了岩石上的动植物并对其进行周期性的检查以观察岩石表面上的生态环境的恢复。结果显示：在轻度酸化的水体环境中，物种的数量和多样性降低；在高度酸化和极高度酸化的水体环境中，藻类的数量增加并占据了水体的大部分空间，因为海胆和其他食草动物并不以藻类为食。
钙质食草动物对于维持海洋生态系统平衡非常重要，它也是最易受海洋酸化影响的物种之一。