单细胞的藻类和动物是引起赤潮的主要生物。能够大量繁殖并引发赤潮的生物称之为赤潮生物。包括浮游生物、原生动物和细菌等，其中有毒、有害赤潮生物以甲藻居多，其次为硅藻、蓝藻、金藻、隐藻和原生动物等。

赤潮在发生初期，赤潮生物的光合作用使水体的环境因素发生改变，导致一些海洋生物不能正常生长、发育、繁殖，严重的造成死亡，破坏了原有的生态平衡；由于赤潮生物数量的大爆发，海洋食物链关系遭受破坏，最终导致食物网中处于高端的鱼、虾、蟹、贝类产量锐减；另外，赤潮生物分泌的黏液可引起鱼、虾、贝等生物瓣鳃机械性堵塞，造成这些生物窒息而死；赤潮后期，由于海洋生物大量死亡，在细菌分解作用下，可造成区域性海洋环境严重缺氧或者产生硫化氢等有害化学物质，使更多的海洋生物缺氧或中毒死亡。