Des milliers d’oiseaux, de mammifères et de tortues de mer ont été recouverts d’une fuite d’huile. Il y avait des spéculations selon lesquelles un pic d’échouages et de décès de cétacés enregistré par la NOAA à partir de février 2010 était encore aggravé par le déversement. Les causes typiques de ces décès généralisés, y compris les morbillivirus et les toxines des marées rouges, ont été exclues, et il y avait une incidence inhabituelle d’infection à Brucella chez les dauphins échoués, conduisant les chercheurs à soupçonner que les contaminants du déversement avaient rendu les cétacés plus vulnérables à d’autres dangers environnementaux. Une étude de décembre 2013 sur des dauphins vivants dans la baie de Barataria, en Louisiane, a révélé qu’environ la moitié étaient extrêmement malades; beaucoup souffraient de troubles pulmonaires et surrénaliens connus pour être liés à l’exposition au pétrole. Quelque 1 400 baleines et dauphins avaient été retrouvés échoués fin 2015, un chiffre ne représentant qu’un infime pourcentage des animaux touchés. Bien que le nombre d’animaux morts ait commencé à diminuer, une diminution substantielle de la fertilité des dauphins a persisté. On pensait que les échouages représentaient le plus grand événement de mortalité à survenir dans le golfe du Mexique.
Les oiseaux étaient particulièrement vulnérables aux effets de l’huile, et beaucoup ont péri — en ingérant de l’huile alors qu’ils essayaient de se nettoyer ou parce que la substance interférait avec leur capacité à réguler la température de leur corps. Le pélican brun, récemment radié de la liste des espèces menacées, était l’une des espèces les plus touchées. Une étude de 2014 a projeté que peut-être 12% des pélicans bruns et plus de 30% des goélands rieurs de la région touchée par le déversement avaient été éliminés. Selon une autre étude de 2014, jusqu’à 800 000 oiseaux seraient morts. Même les personnes non directement contaminées par le pétrole ont été touchées. Une étude de 2012 a déterminé que les pélicans blancs qui avaient migré du golfe vers le Minnesota pour se reproduire produisaient des œufs contenant des quantités discernables de composés traçables au déversement de BP. Des œufs contenant des traces de contaminants ont également été trouvés dans l’Iowa et l’Illinois.
Les animaux retrouvés vivants à la suite du déversement ont été transportés dans des centres de réadaptation et, après avoir été nettoyés et évalués médicalement, ont été relâchés dans des zones exemptes d’huile. Les préoccupations concernant la progéniture de tortues de mer qui nichaient sur les côtes du golfe de l’Alabama et de la Floride ont conduit les responsables de la faune à déterrer des milliers d’œufs et à les faire éclore dans un entrepôt pour une libération ultérieure sur la côte atlantique. Fin 2012, quelque 1 700 tortues avaient été retrouvées mortes. Une étude de suivi par satellite à long terme publiée en mai 2013 a montré que la tortue de Ridley, une espèce en voie de disparition, était probablement gravement touchée, car son territoire d’alimentation préféré se trouvait dans la zone endommagée par le déversement. On estime que jusqu’à 65 000 tortues en péril sont mortes au cours de la seule année 2010, principalement à la suite d’une contamination par les hydrocarbures. Il a également été estimé que quelque 300 000 tortues, dont certaines provenaient de populations reproductrices d’autres régions du monde, se trouvaient dans la région du déversement lorsqu’il s’est produit, ce qui a amené les scientifiques à souligner les impacts mondiaux de la catastrophe.
Les impacts sur les espèces plus petites étaient plus difficiles à déterminer. De nombreuses espèces de poissons et d’invertébrés ont frayé dans le golfe, et il était probable que certaines succomberaient aux effets toxiques du pétrole. Une étude de 2014 a montré que les larves d’espèces de poissons commercialement importantes, y compris le thon, développaient probablement des malformations cardiaques après exposition aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) de l’huile. Les zones des fonds marins qui avaient été recouvertes de sous-produits de bactéries étaient essentiellement des zones mortes; de nombreux organismes sédentaires s’étaient étouffés ou avaient été écœurés par le matériel, et la plupart des organismes mobiles s’étaient enfuis.
Les récifs situés à l’extérieur d’un rayon de 19 km (12 miles) du puits en eau profonde ne semblaient pas affectés, mais ceux qui se trouvaient à l’intérieur étaient fortement sollicités. Des études en laboratoire ont suggéré que l’huile et les dispersants rendaient la reproduction des coraux plus difficile. Les larves de coraux, qui sont initialement mobiles, s’attachent aux coraux matures à des taux très réduits après l’exposition aux substances. Les tests ont également déterminé que le pétrole et les dispersants étaient mortels pour les rotifères, des microorganismes essentiels au réseau trophique du golfe. Une étude de modélisation publiée en février 2016 a suggéré que l’activité des microbes mangeurs d’huile était affectée négativement par la floraison d’autres espèces de microbes qui préféraient se nourrir des dispersants. Une mission menée en avril 2014 par le groupe de recherche Ecosystem Impacts of Oil and Gas Inputs to the Gulf (ECOGIG) à bord du submersible Alvin — qui avait participé à l’enquête sur l’épave du Titanic — a noté une certaine récupération écologique des zones huilées du fond marin, bien que les niveaux de pétrole détectables dans les carottes de sédiments soient restés les mêmes que quatre ans plus tôt.
On espérait que des révisions approfondies de la réglementation sur les forages extracôtiers, provoquées par le déversement et publiées en avril 2016, atténueraient la probabilité de catastrophes futures.