Với đặc tính là một không gian rộng lớn, việc tiếp cận thực địa hiện trường gặp rất nhiều khó khăn, việc ước tính lượng rác thải biển trên toàn cầu là vô cùng phức tạp, rất khó để có được ước lượng đáng tin cậy.
Việc xác định lượng rác thải trên biển được tiếp cận theo hướng: Ước tính lượng rác đã có trong biển và xác định lượng rác thêm vào mỗi năm. Lượng rác thải có thể được ước lượng thông qua dữ liệu từ khảo sát các khu vực khác nhau của biển.
Theo Eunomia, 2016, Plastics in the Marine Environment, từ những dữ liệu tốt nhất hiện có về các nguồn chính của rác thải nhựa trên biển cho thấy:
94% lượng nhựa đi vào môi trường biển tập kết ở đáy đại dương. Hiện tại, ước tính có khoảng 70 – 180kg nhựa trên mỗi kilomet vuông đáy biển và dựa trên đánh giá diện tích biển toàn cầu là 361 triệu km2, giả thiết rằng diện tích đáy biển xấp xỉ diện tích mặt biển, ước tính được có khoảng 25,3 – 65 triệu tấn rác dưới đáy biển toàn cầu.
Chỉ có khoảng 1% chất thải nhựa trên biển được tìm thấy nổi trên bề mặt hoặc gần bề mặt biển với mật độ trung bình toàn cầu nhỏ hơn 1kg/km2. Mật độ này gia tăng ở các khu vực giữa đại dương, mật độ cao nhất được ghi nhận ở hoàn lưu Bắc Thái Bình Dương (North Pacific Gyre) là 18 kg/km2.
Lượng rác ước tính trên các bãi biển toàn cầu lớn hơn 5 lần lượng rác nổi và quan trọng hơn là có mật độ rất cao, lên đến 2.000kg/km2. Trong khi một số lượng rác có thể được thải trực tiếp ra bãi biển thì một số khác có thể bị đưa vào bờ, có một “dòng trao đổi” rác giữa các bãi biển và đại dương.
Về lượng rác thải đi vào biển hàng năm, ước tính từ các nguồn ven biển là khoảng từ 4,8 đến 12,7 triệu tấn, tính trung bình khoảng 9 triệu tấn chất thải nhựa mỗi năm đi vào biển từ chất thải không được quản lý đúng cách, trong khoảng 50 km tính từ bờ biển vòng quanh thế giới. Đối với các nguồn sâu trong đất liền, ước lượng khoảng 75.000 đến 1,1 triệu tấn/năm, trung bình khoảng 0,5 triệu tấn/năm dựa trên các mẫu nhựa thu được từ sông ngòi. Với các nguồn trên biển, ước tính khoảng 0,3 đến 3,25 triệu tấn/năm, trung bình khoảng 1,75 triệu tấn/năm. Số liệu này được ước tính dựa trên khối lượng tất cả các loại chất thải có trên biển với giả thiết 55% khối lượng chất thải là nhựa. Về chất thải vi nhựa, ước lượng khoảng 0,5 đến 1,4 triệu tấn/năm, trung bình khoảng 0,95 triệu tấn/năm rác thải vi nhựa đi vào biển và đại dương.