Der Klimawandel zeigt sich in der Wassertemperatur des Zürichsees. So stieg die Jahresmitteltemperatur bei Thalwil in den letzten 50 Jahren um etwa 2 Grad. Dies wirkt sich auch auf die Gewässerökologie aus. 

Die Qualität des Zürcher See- und Flusswassers gilt als «gut» bis «sehr gut». Die Phosphorkonzentration des Zürichsees liegt klar unter dem Zielwert. Einzig die Ammoniumbelastung der Sihl ist (bei einer Wassertemperatur von mehr als 10 Grad) tendenziell immer noch zu hoch. Entsprechend ist das Problem der Überdüngung weitgehend gelöst.

Nach wie vor werden jedoch Mikroverunreinigungen wie künstliche Süssstoffe (z. B. Acesulfam), Medikamente (z. B. Tramadol, Metformin und Röntgenkontrastmittel) sowie Haushalts- und Industriechemikalien (z. B. Benzotriazol, Amidosulfonsäure) gefunden. Diese Stoffe stammen aus Kläranlagen, wo sie nicht vollständig entfernt werden. Pestizide aus der Landwirtschaft hingegen sind im Zürichsee kaum nachweisbar. 

Problematisch an steigenden Wassertemperaturen ist, dass sich Oberflächen- und Tiefenwasser während der Wintermonate nicht mehr gut durchmischen. Damit gelangt das in der Tiefe angereicherte Phosphat nicht mehr nach oben und sauerstoffreiches Wasser nicht mehr nach unten, was für die Gewässerökologie wichtig wäre. Im Zürichsee zum Beispiel reicht die Durchmischung in einem schlechten Jahr nur noch bis in 60 Meter Tiefe statt bis 120 Meter. Gelangen die Nährstoffe nicht mehr nach oben, fehlt das typische Frühjahrsplankton und damit auch eine wichtige Futterbasis für die Fische.

Das Problem der Überdüngung ist weitgehend gelöst, da heutige Kläranlagen Nährstoffe effizient aus dem Abwasser entfernen. Medikamente, künstliche Süssstoffe sowie Haushalts- und Industriechemikalien werden jedoch in vielen Kläranlagen noch nicht ausreichend entfernt. Diese Mikroverunreinigungen gelangen über das Abwasser in den Zürichsee, die Sihl und die Limmat. Dank der grossen Verdünnung sind die Konzentrationen für die meisten Substanzen sehr gering. Eine zusätzliche Reinigungsstufe in Kläranlagen hilft den Eintrag von Mikroverunreinigungen zu verringern. Das Klärwerk Werdhölzli wurde bereits mit solch einer Reinigungsstufe ausgebaut.

Steigen die Temperaturen, wird weniger Sauerstoff im Wasser gelöst. Gleichzeitig nimmt jedoch die Aktivität und der Sauerstoffbedarf von Wasserorganismen zu. Das kann empfindliche Wasserorganismen gefährden. Bei Forellen, Felchen oder Äschen etwa können Wassertemperaturen von 18 bis 20 °C Stresssymptome auslösen, was insbesondere in Flüssen zum Problem wird.

Mikroverunreinigungen beeinträchtigen Wasserorganismen sowie die Gesundheit und die Fortpflanzung von Fischen. Wie die nationale Beobachtung der Oberflächengewässerqualität zeigt, sind Vielfalt und Dichte von aquatischen Kleinlebewesen und Wasserpflanzen in der Schweiz an einem Drittel der Messstandorte ungenügend, diejenige von Fischen sogar an zwei Dritteln der Standorte. Ursache sind die mangelnde Wasserqualität und die Gewässerverbauungen. Verbauungen von Bächen, Flüssen und Seen zerstören natürliche Lebensräume, was sich nicht nur negativ auf die Biodiversität, sondern auch auf den Schutz vor Hochwasser auswirkt.

Der Zürichsee ist für die Stadt Zürich die wichtigste Trinkwasserquelle. In der Trinkwasseraufbereitung werden zwar viele Mikroverunreinigungen zurückgehalten. Dennoch ist es wichtig, den Eintrag von Mikroverunreinigungen bereits an der Quelle zu verringern. So sollten bisherige Anstrengungen, wie der Ausbau bestehender Kläranlagen oder der Verzicht auf besonders problematische Chemikalien, weiterverfolgt werden. Dies schützt nicht nur unser Trinkwasser, sondern auch den Lebensraum von Wasserorganismen.

• Im Klärwerk Werdhölzli wird das Abwasser von rund 450 000 Personen gereinigt. Bis 2017 konnte Entsorgung + Recycling Zürich (ERZ) die im Abwasser enthaltenen Rückstände aus Medikamenten, Körperpflegeprodukten und Reinigungsmitteln nur ungenügend oder gar nicht entfernen. Diese Stoffe, sogenannte Mikroverunreinigungen, gelangten darum in die Limmat und beeinträchtigten Fische und weitere Lebewesen der Gewässer. Um diese Mikroverunreinigungen zu entfernen, erstellte ERZ zwischen 2015 und 2018 eine Ozonungsanlage. Seit ihrer vollständigen Inbetriebnahme im August 2018 kann ERZ mehr als 80 Prozent der Mikroschadstoffe eliminieren. Durch den Eintrag von Ozon in das biologisch gereinigte Abwasser werden die Stoffe aufgespaltet und anschliessend teilweise in der Filtration biologisch abgebaut.
  
• Trotz der technischen Ausbauten ist es wichtig, die Bevölkerung zu sensibilisieren. Denn was nicht ins Abwasser gelangt, findet sich später auch nicht im Trinkwasser. Der Wasserunterricht oder der Wasserweg sind zwei Beispiele, wie sich die Stadt für einen bewussten Umgang mit Wasser und Abwasser einsetzt.
• Teil des Abwassersystems ist auch das 1500 Kilometer lange Kanalisationsnetz. Jährlich investiert ERZ rund 50 Millionen Franken in den Werterhalt der Kanalisation. Zentrales Planungsinstrument für die baulichen und betrieblichen Massnahmen ist der Generelle Entwässerungsplan (GEP). Diesen hat ERZ überarbeitet und den neuen Rahmenbedingungen angepasst. Dabei sind die erwarteten, zunehmenden Starkniederschläge berücksichtigt. Ein zentrales Ziel dabei ist die weitergehende Entflechtung von Regenabwasser (Meteorabwasser) und Abwässern aus Haushalten, Industrie und Gewerbe, um die Entwässerungskanäle und die Kläranlage zu entlasten. Das Abhängen von Sickerleitungen im Zuge von Neubauten und die Sanierung undichter Kanäle sind heute die wichtigsten Massnahmen. In der Vergangenheit konnten grosse Entlastungen erreicht werden durch das Abtrennen von Bächen vom Kanalisationssystem. 
• In 29 Jahren hat die Stadt Zürich 18 km Bachläufe freigelegt und 3 Kilometer Bäche renaturiert. Dies kommt heute auch der Bevölkerung (Bachspaziergänge) und der Biodiversität zugute und trägt teilweise zum Hochwasserschutz bei.
• 2020 wurde vom Bund die Gewässerschutz-Verordnung angepasst. Seither gibt es neue Qualitätsanforderungen für einzelne Mikroverunreinigungen. Damit sollen Gewässerlebewesen besser geschützt werden. 
• Wieder ein Hindernis weniger für Fische in der Limmat: Seit August 2020 können Fische über eine neue Aufstiegshilfe durch den Hauserkanal beim Klärwerk Werdhölzli die Limmat hinauf schwimmen. Bisher verhinderte ein Einlaufbauwerk ihr Durchkommen. Der Hauserkanal war einst ein natürlicher Seitenarm der Limmat, bevor er Ende des 19. Jahrhunderts als Fabrikkanal umgenutzt wurde. Unterhalb des Klärwerks mündet der Hauserkanal wieder in die Limmat.
• Massnahme Kanton Zürich: Strategie «Gewässerschutz an Strassen». Sie zeigt, bei welchen bestehenden Strassenabschnitten ein Handlungsbedarf bei der Strassenentwässerung besteht. Demnach werden mittelfristig rund 100 km Staatsstrassen, deren Abwasser aufgrund der starken Verkehrsbelastung stark verschmutzt ist, mittels Behandlungsmassnahmen saniert. Weitere 300 km der bestehenden Staatsstrassen weisen betreffend das Verhältnis von Strassenabwasser zum Gewässerabfluss eine ungenügende Situation auf. Bei Sanierungsprojekten dieser Strassenabschnitte sollen Massnahmen zur Verbesserung der Einleitsituation realisiert werden. Beispielsweise wird der Zufluss aus der Strassenentwässerung in das Gewässer begrenzt.