Ribuan tumpahan minyak kecil terjadi setiap tahun. Tumpahan minyak dapat terjadi karena kelalaian, kerusakan peralatan, bencana alam atau dumping yang disengaja. Tumpahan ini dapat merusak lingkungan dan satwa liar di sekitar pusat tumpahan. Untungnya, molekul minyak bersifat hidrofobik, artinya sebagian besar mengapung di permukaan air, membuat pembersihan dengan perahu setidaknya secara teoritis mungkin.
Ketika tumpahan minyak terjadi, minyak awalnya tetap terkonsentrasi, tetapi mulai menyebar dengan cepat ke segala arah seiring berjalannya waktu, menghasilkan lapisan minyak. Jika tumpahan minyak ditangkap lebih awal, teknik pembersihan pembakaran di tempat, yang disebut pembakaran in-situ, dapat digunakan. Ini adalah metode pembersihan yang paling tidak berbahaya, tetapi juga salah satu metode yang paling jarang digunakan karena minyak harus memiliki ketebalan minimum 0.12 inci (3 mm) di permukaan air untuk mempertahankan luka bakar yang berkelanjutan, dan tumpahan minyak dengan cepat menyebar ke dimensi yang lebih tipis.
Boom, sejenis kandang yang mengapung di permukaan air, dapat digunakan untuk menahan tumpahan minyak dan meningkatkan ketebalannya secara artifisial. Boom tahan api khusus digunakan bersama dengan pembakaran di tempat. Jika pembakaran in-situ tidak memungkinkan karena ketebalan tumpahan, boom digunakan untuk menampung minyak sehingga skimmer — perahu khusus dengan plastik penyerap minyak atau vakum — dapat digunakan.
Jika pembersihan dengan boom atau skimmer tidak praktis, dispersan kimia dapat digunakan. Dispersan kimia digunakan untuk memecah minyak liar dan mengurangi dampaknya terhadap pantai dan satwa air.
Membersihkan tumpahan minyak yang besar bisa sangat mahal, puluhan atau ratusan juta dolar AS. Denda untuk tumpahan biasanya cukup parah. Ketika tumpahan minyak menyebar ke area yang luas, itu membentuk kilau, lapisan minyak berwarna pelangi yang sangat tipis di permukaan air.
Salah satu tumpahan minyak terbesar dalam sejarah adalah tumpahan minyak Exxon Valdez di Prince William Sound di Alaska. Sekitar 25% dari 50 juta galon minyak kapal tumpah, setara dengan sekitar 125 kolam renang ukuran Olimpiade, dan sekitar 250,000 burung mati akibat insiden tersebut. Peristiwa tersebut menyebabkan pemerintah Amerika Serikat untuk lebih meningkatkan keketatan denda dan peraturan yang dimaksudkan untuk mencegah tumpahan minyak. Meskipun demikian, tumpahan minyak masih terjadi; pada tahun 2010, sebuah ledakan di Deepwater Horizon, sebuah rig pengeboran di Teluk Meksiko, menyebabkan tumpahan lebih dari 205 juta galon, menurut perkiraan ilmiah.