Theo kết quả phân tích gần đây nhất, hạ lưu sông Đồng Nai đoạn từ Nhà máy nước Thiện Tân đến Long Đại đã bắt đầu ô nhiễm chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng vượt 3 - 9 lần giới hạn cho phép.

Làng cá bè cũng góp phần làm tăng ô nhiễm trên sông Đồng Nai.

Đáng chú ý là đã phát hiện hàm lượng chì vượt tiêu chuẩn TCVN 5942 - 1995 đối với nguồn loại A. Vùng hạ lưu sông Đồng Nai đã bị nhiễm mặn nghiêm trọng và không thể sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu. Sông Sài Gòn bị ô nhiễm còn trầm trọng hơn, chủ yếu là ô nhiễm chất hữu cơ, vi sinh (Coliform vượt 3 - 168 lần tiêu chuẩn cho phép) và một số nơi ô nhiễm kim loại nặng.

Phần hạ lưu của nhiều sông trong lưu vực đã bị ô nhiễm nghiêm trọng, trong đó có đoạn sông Thị Vải từ sau khu vực hợp lưu Suối Cả - sông Thị Vải đến khu công nghiệp Mỹ Xuân dài hơn 10km đã trở thành "sông chết", là đoạn sông bị ô nhiễm nhất trong lưu vực. Ở đây, nước bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng, có màu nâu đen và bốc mùi hôi thối, kể cả khi thủy triều lên và xuống, thậm chí có nơi nồng độ oxy hòa tan trong nước gần bằng không, các loài sinh vật không còn khả năng sinh sống.

Cơ quan chuyên môn còn phát hiện hàm lượng thủy ngân (một loại hóa chất rất độc hại) tại khu vực cảng Vedan, cảng Mỹ Xuân... trên sông Thị Vải có hàm lượng vượt chuẩn 1,5 - 4 lần, hàm lượng kẽm vượt chuẩn 3 - 4 lần (nước loại B). Riêng ô nhiễm vi sinh (Coliform) đã vượt chuẩn từ vài chục đến hàng trăm lần...

Các cơ quan chuyên môn cho rằng, nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm là từ các nguồn nước thải công nghiệp, khai thác khoáng sản, làng nghề, sinh hoạt, y tế, nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản, chất thải rắn..., trong đó nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đóng góp tỷ lệ lớn nhất, với tải lượng các chất ô nhiễm rất cao. Các khu công nghiệp và khu chế xuất đóng góp một lượng lớn nước thải vào lưu vực sông, trong đó lớn nhất là nước thải từ các khu công nghiệp và khu chế xuất của tỉnh Đồng Nai (chiếm 57,2%), TPHCM (23%) và tỉnh Bình Dương (9%)...

Tính đến nay, trên lưu vực sông Đồng Nai có khoảng trên dưới 60 khu công nghiệp, khu chế xuất đang hoạt động, tuy nhiên chỉ có khoảng trên 1/3 trong số này có hệ thống xử lý nước thải tập trung, số còn lại đều xả trực tiếp ra sông. Tại Đồng Nai, hiện chỉ có 9/19 khu công nghiệp có nhà máy xử lý nước thải tập trung.

Riêng TPHCM chỉ có 20% tổng lượng nước thải được xử lý mỗi ngày và thực tế tỷ lệ nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn còn ít hơn. Theo Cục Bảo vệ môi trường, các khu đô thị hàng ngày thải vào hệ thống sông Đồng Nai-Sài Gòn trung bình khoảng 992.000m³ nước thải sinh hoạt. Tuy nhiên cho đến nay, tất cả các đô thị trên lưu vực sông đều chưa có hệ thống xử lý nước thải.