固体废物、废水、直接排放或意外泄漏导致纳米材料可能通过风或雨水径流输送到水生系统。纳米颗粒在环境中的停留时间和传输在很大程度上取决于材料的性质，如表面化学、粒径大小以及环境介质中的生物和非生物过程。根据这些特性，纳米颗粒可能作为单个粒子停留在悬浮液中，或聚集形成更大尺寸的纳米颗粒，溶解或与其他材料发生反应。由于纳米颗粒粒径很小，重力沉降速度较慢，一些纳米材料可能会在空气和水中停留更长的时间，比同一材料的较大颗粒传输距离更远。纳米材料在多孔介质中的迁移率受其附着在矿物表面形成聚集体的能力的影响。例如，易附着在矿物表面的纳米材料在地下水含水层中的流动性可能较差；更小的纳米材料能够进入土壤颗粒之间的夹层空间，在被困在土壤基质前，这种纳米材料可以迁移更远的距离；粘性土壤更容易稳定纳米材料，并加大纳米颗粒的分散性。通过添加表面涂层，可以影响纳米材料在多孔介质中的表面化学性质，从而影响其迁移率。例如，TiO2在土壤中可能是无害的，但一旦添加表面涂层，可能会造成水环境问题。

纳米材料对野生动物物种的影响仍处于研究阶段。一些研究报告了水生生物，特别是鳟鱼，暴露于纳米TiO2后的氧化应激和病理变化。据报道，一些纳米材料具有光敏性，但尚未对其在大气中的光降解敏感性进行研究。纳米材料生物降解的潜在机制是目前研究的热点。研究发现一些富勒烯，如C60和C70，会在几个月后被生物降解。许多纳米材料含有固有的、不可生物降解的无机化学物质（如金属和金属氧化物），可能不易生物降解。近期的一项现场研究表明，当纳米零价铁（nZVI）被乳化形成乳化零价铁（EZVI），nZVI颗粒通常会团聚，颗粒的尺寸明显大于纳米级，从而降低了nZVI在地下的迁移率。尽管nZVI被广泛用于场地修复，但关于其在环境中的停留和传输的信息有限。尽管粒径较小、流动性增强可能有助于提升修复效果，但关于此类纳米材料是否会迁移到受污染的羽流区域之外、并持续存在于饮用水含水层或地表水中的研究数据尚不充足。