Svake se godine dogodi mnogo tisuća malih izlijevanja nafte. Do izlijevanja nafte može doći zbog nemara, kvara opreme, prirodnih katastrofa ili namjernog odlaganja. Ova izlijevanja mogu biti razorna za okoliš i divlje životinje koje okružuju epicentar izlijevanja. Srećom, molekule nafte su hidrofobne, što znači da uglavnom plutaju na površini vode, čineći čišćenje čamcima barem teoretski mogućim.
Kada dođe do izlijevanja nafte, nafta u početku ostaje koncentrirana, ali se počinje brzo širiti u svim smjerovima kako vrijeme prolazi, stvarajući naftnu mrlju. Ako se izlijevanje nafte otkrije rano, može se koristiti tehnika čišćenja spaljivanja na mjestu, koja se naziva spaljivanje na licu mjesta. Ovo je najbenignija metoda čišćenja, ali i jedna od najčešće korištenih metoda jer ulje mora imati minimalnu debljinu od 0.12 inča (3 mm) na površini vode kako bi se održala samoodrživa opeklina, a izlijevanje nafte brzo se proširilo na tanje dimenzije.
Bum, vrsta tora koji pluta na površini vode, može se koristiti za zadržavanje izlijevanja nafte i umjetno povećanje njihove debljine. Posebne vatrostalne grane koriste se u kombinaciji s izgaranjem na licu mjesta. Kada je spaljivanje na licu mjesta neizvedivo zbog debljine izlijevanja, za zadržavanje nafte koriste se grane kako bi se mogli koristiti skimmeri – posebni čamci s plastikom koja upija ulje ili usisivači.
Kada je čišćenje granama ili skimmerima nepraktično, mogu se koristiti kemijski disperzanti. Kemijska sredstva za raspršivanje koriste se za razgradnju zalutalog ulja i smanjenje njegovog utjecaja na plaže i vodene divlje životinje.
Čišćenje velikih izlijevanja nafte može biti vrlo skupo, desetke ili stotine milijuna američkih dolara. Kazne za izlijevanje obično su relativno visoke. Kada se izlijevanje nafte proširi na veliko područje, formira sjaj, vrlo tanak sloj ulja duginih boja na površini vode.
Jedno od najvećih izlijevanja nafte u povijesti bilo je izlijevanje nafte Exxon Valdez u Prince William Soundu na Aljasci. Otprilike 25% od 50 milijuna galona nafte s broda je proliveno, što je ekvivalentno otprilike 125 olimpijskih bazena, a oko 250,000 ptica je umrlo u incidentu. Događaj je natjerao vladu Sjedinjenih Država da dodatno pooštri svoje kazne i propise namijenjene sprječavanju izlijevanja nafte. Unatoč tome, i dalje dolazi do izlijevanja nafte; 2010. godine, eksplozija na Deepwater Horizonu, platformi za bušenje u Meksičkom zaljevu, dovela je do izlijevanja od preko 205 milijuna galona, prema znanstvenim procjenama.