富栄養化により大量発生した
プランクトンが死滅し、海底に沈殿し、
バクテリアによって分解される過程で海中の
酸素が大量に消費される。その結果、
溶存酸素の極端に少ない
水塊(
貧酸素水塊)が形成される。通常、この水塊は潮流の撹乱により周囲の海水と混合されて分散するが、内湾ではこの力が弱い。また、東京湾などでは浚渫工事に伴う土砂の採集跡が海底に窪地として残されており、ここに溜まった水塊は貧酸素環境が保たれる。貧酸素水塊中では嫌気性細菌である
硫酸還元菌(→
極限環境微生物)等が優占する為、大量の
硫化水素が発生する。この硫化水素を大量に含んだ水塊が上昇すると、表層付近の酸素によって硫化水素が酸化され、
硫黄或いは
硫黄酸化物の微粒子が生成される。微粒子は
コロイドとして海水中に漂い、太陽光を反射して海水を乳青色や乳白色に変色させる。多くの場合、青潮は未
酸化の
硫化水素による独特の
腐卵臭を伴う。