Polusi kimia merupakan polusi unsur-unsur hara tanaman. Tanah-tanah yang dipindahkan oleh erosi pada umumnya mengandung unsur hara lebih tinggi daripada tanah yang ditinggalkannya. Hal ini disebabkan lapisan tanah yang tererosi umumnya adalah lapisan atas yang subur. Disamping itu fraksi tanah yang halus (debu) lebih mudah tererosi oleh karena itu unsur hara dari pupuk terutama unsure P sebagian besar diserap butir-butir tanah tersebut maka banyak unsur P yang hilang karena erosi. Disamping itu sebagian besar P dalam tanah sukar larut sehingga P diangkut ke tempat lain bersama bagian-bagian padat dari tanah.
Unsur-unsur hara yang mudah larut seperti Nitrogen (Nitrat), umumnya diangkut ke tempat lain bersama dengan aliran permukaan (run off) atau air infiltrasi (peresapan). Polusi unsur hara N dan P pada air irigasi memberi akibat baik karena dapat menyuburkan tanaman. Polusi N pada air minum dapat membahayakan kesehatan. Misalnya terlalu banyak Nitrat akan menyebabkan penyakit pada bayi yang dikenal dengan nama Metahemoglobinemia.
Polusi unsur hara di danau dapat mengganggu keseimbangan biologis. Danau yang tadinya miskin unsur hara (oligotropik) diperkaya dengan unsur P dan unsur hara lain sehingga kesuburannya meningkat menjadi sedang (mesotropik), dan seterusnya menjadi subur (eutropik). Proses ini disebut proses eutrofikasi.
Sebagai akibat proses eutrofikasi ini maka terjadilah perkembangan algae yang sangat banyak (algae bloom), sehingga mengurangi tersedianya oksigen bagi ikan dan makhluk lain yang hidup dalam air tersebut. Selain itu air yang penuh algae akan mempunyai rasa dan bau yang tidak enak untuk keperluan air minum.
Pencegahan polusi unsur hara yang terbaik adalah dengan cara pemberian pupuk sedemikian rupa sehingga semua unsur hara dapat diserap tanaman. Dalam prakteknya hal demikian tidak mungkin dapat dilakukan sehingga dianjurkan penanggulangan yang lebih praktis yaitu dengan cara mencegah terjadinya erosi dan run off yang berlebihan dengan menggunakan kaidah-kaidah pengawetan tanah dan air.
Polusi kimia juga berasal dari bahan-bahan pestisida. Pestisida dapat digolongkan menjadi dua golongan besar yaitu pestisida yang mudah larut (hancur) dan pestisida yang sukar hancur. Golongan yang sukar hancur (larut) merupakan polusi pestisida yang utama. Disamping sukar larut jenis pestisida ini diserap oleh butir-butir tanah halus seperti halnya unsur P sehingga lebih banyak terangkut ke tempat lain bersama tanah-tanah yang tererosi. Seperti halnya unsur hara, polusi pestisida banyak menimbulkan masalah pada persediaan air, terutama mengganggu pada bidang kesehatan.
Ada hal yang perlu diketahui yaitu terjadinya proses biomagnification melalui siklus rantai makanan untuk beberapa jenis pestisida terutama yang dapat diserap dengan kuat dalam jaringan tubuh seperti DDT. Dengan proses ini pestisida yang mula-mula berkonsentrasi sangat kecil yang tidak membahayakan lalu semakin banyak dan menjadi fatal (dapat menyebabkan kematian).
Pencegahan terjadinya polusi pestisida dapat dilakukan dengan membatasi penggunaan pestisida yang banyak menimbulkan residu seperti DDT, Aldrin, Dieldrin, dan sebagainya. Pencegahan yang paling baik sudah barang tentu mencegah terjadinya erosi dari sumbernya. Dengan cara ini maka pestisida dan unsur hara yang terikat dalam butir-butir tanah (DDT, Aldrin, Dieldrin) dapat dicegah untuk tidak menjadi sumber polusi. Unsur hara dan pestisida yang mudah larut masih dapat mengalir ke tempat lain bersama air run off dan infiltrasi, tetapi sumber polusi jenis ini tidak terlalu begitu membahayakan.