Fisk og mange andre organismer i vann er svært følsomme overfor plantevernmidler. Det skal ofte ikke store mengdene til før noen arter indirekte eller direkte blir påvirket i negativ retning, for eksempel ved at forplantningsevnen forstyrres, matinntak reduseres eller ved at dødeligheten øker. Alle organismene er en del av et komplisert økologisk nettverk i vannmiljøet. Selv om bare én type alger eller dyreplankton blir påvirket, kan det ha store konsekvenser for hele økosystemet og samspillet mellom artene. Et eksempel på en stoffgruppe som er ekstremt giftig for organismer i vann, er pyretroidene (for eksempel Karate 2,5 WG og Fastac 50).
Fisk kan påvirkes direkte ved at rester av plantevernmidler i vannet er så giftige at det tar livet av fisken, eller indirekte ved at organismer som fisken lever av (insekter, krepsdyr og lignende) blir borte på grunn av forurensningen. Ofte skal det lavere konsentrasjoner til for å drepe disse organismene enn det som skal til for å drepe fisk. Når det gjelder giftighet for fisk, finnes det plantevernmidler som er dødelige selv ved så små mengder som 0,1 µg/L (mikrogram per liter). Andre vannlevende organismer kan være enda mer følsomme for forgiftning.
Det er heller regelen enn unntaket at flere plantevernmidler forekommer samtidig i vannprøver fra vassdrag i landbruksområder. Selv om plantevernmidlene hver for seg ikke overstiger konsentrasjoner som kan forårsake skader hos organismer som lever i vannet, kan den totale mengden og kombinasjonen av plantevernmidlene gjøre nettopp dette. Dette refereres også til som «cocktaileffekten». Det er foreløpig lite kunnskap om hvordan blandingene av plantevernmidler påvirker organismer i norsk miljø, men Mattilsynet er nå i gang med et prosjekt som skal kartlegge dette.
For å redusere risikoen for forurensning av vannforekomster er det forbudt å spre plantevernmidler fra bakken nærmere enn 3 meter fra overflatevann. Dette er en generell regel som gjelder alle plantevernmidler. For plantevernmidler som i tillegg er spesielt giftige for livet i vann, er sikkerhetssonen til vann spesifisert på etiketten. Denne sikkerhetssonen skal alltid overholdes! Minsteavstand til ferdig renset drikkevann i drikkevannsbasseng er 50 meter.