Middelhavet er hjem til et bredt utvalg marint liv, blandt annet store sjøgressenger, undervannsfjell og raviner som går ned til dybder på 5000 meter. Middelhavet utgjør mindre enn 1% av verdens hav, men er hjem til 9% av alt marint liv, med mer enn 10.000 identifiserte arter så langt.

Overfisket er en av de aller mest alvorlige truslene mot Middelhavet. Ifølge den Europeiske Miljøvernmyndigheten er mer enn 65% av bestandene av kommersielle fiskearter i Middelhavet nå utenfor sikkerhetsmarginene, noe som setter hele arters fremtid i fare. Andre viktige arter som hvaler, skilpadder og sel blir også fanget i garn og har vanskeligheter med å finne mat fordi fiskeflåtene tømmer havet for fisk.
Makrellstørje, eller blåfinnet tunfisk, er en art som er spesielt truet av overfisket. Den høye markedsverdien på fisken gjør den spesielt utsatt og fiskeflåtene fanger langt mer fisk enn de har lov til i henhold til kvotene. Middelhavet er en av de to eneste gyteplassene for blåfinnet tunfisk, og fiskeflåtene jakter ikke bare på gyteplassene, men fanger også store mengder ung fisk. I tillegg blir vill tunfisk fanget for oppdrett og gjort fete for eksport, noe som øker fisketrykket på bestandene og krever store mengder småfisk for å mate den viltfangete oppdrettsfisken.
Mangfoldet av sjøpattedyr er spesielt høyt langs kysten av Afrika og mellom Frankrike og Italia i områder hvor kaldt vann stiger og tar med seg viktige næringsstoffer til overflaten. Over 20 forskjellige hval- og delfinarter finnes i Middelhavet hvorav halvparten har fast tilhørighet. Finnhval, spermasetthval, grindhval og iblant også vågehval, og en sjelden gang knølhval, kan bli sett i Middelhavet. Blant delfinene som plasker omkring i dette havet er vanlige delfiner, stripedelfin og tumler.
Mange av disse artene er utrydningstruet og mangel på ordentlig beskyttelse går hardt utover både finhval og spermasetthval, som begge står på IUCN (World Conservation Union) sin liste over svært truede arter. Grønne skilpadder er truet, lærskilpadden er svært utrydningstruet og den en gang så vanlige nisen er så godt som utryddet i Middelhavet. En av de mest utrydningstruede artene er middelhavs munkselen, som har vært klassifisert som utrydningstruet siden 1966. Til tross for både nasjonal og internasjonal lovgivning som skal gi beskyttelse fortsetter bestanden å synke og med færre enn 400 igjen er de nå svært truet.
Middelhavet er ikke bare hjem til pattedyr og fisk. Sjøgressenger dekker kystlinjene og er viktige mat- og gytesteder for fisk og andre arter. Engene regulerer også vannkvaliteten ved å stabilisere kystlinjen og produsere oksygen, de bokstavelig talt blåser liv til havet. Men til og med disse plantene er truet av tråling, forurensing, ankere og oppdrett.
Middelhavets skjønnhet og helse må beskyttes med et nettverk av marine verneområder. I dag er mindre enn 1% av Middelhavet vernet, en lang vei fra de 25% til 50% som forskerne anbefaler. Et globalt nettverk av marine verneområder som dekker 40% av verdens hav, og 40% av Middelhavet, vil starte den nødvendige helbredningsprosessen som fører til et rent, sunt og livskraftig hav.