Πολλές χιλιάδες μικρές πετρελαιοκηλίδες συμβαίνουν κάθε χρόνο. Πετρελαιοκηλίδες μπορεί να συμβούν λόγω αμέλειας, βλάβης εξοπλισμού, φυσικών καταστροφών ή σκόπιμης απόρριψης. Αυτές οι διαρροές μπορεί να είναι καταστροφικές για το περιβάλλον και την άγρια ζωή που περιβάλλει το επίκεντρο της διαρροής. Ευτυχώς, τα μόρια του πετρελαίου είναι υδρόφοβα, που σημαίνει ότι επιπλέουν ως επί το πλείστον στην επιφάνεια του νερού, καθιστώντας τον καθαρισμό με βάρκες τουλάχιστον θεωρητικά δυνατό.
Όταν συμβαίνουν πετρελαιοκηλίδες, το πετρέλαιο παραμένει αρχικά συγκεντρωμένο, αλλά αρχίζει να εξαπλώνεται γρήγορα προς όλες τις κατευθύνσεις καθώς περνά ο καιρός, δημιουργώντας μια πετρελαιοκηλίδα. Εάν οι πετρελαιοκηλίδες εντοπιστούν νωρίς, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η τεχνική καθαρισμού της καύσης στη θέση, που ονομάζεται επιτόπια καύση. Αυτή είναι η πιο καλοήθης μέθοδος καθαρισμού, αλλά και μια από τις πιο σπάνια χρησιμοποιούμενες μεθόδους επειδή το λάδι πρέπει να έχει ελάχιστο πάχος 0.12 ίντσες (3 mm) στην επιφάνεια του νερού για να διατηρείται ένα αυτοσυντηρούμενο έγκαυμα και πετρελαιοκηλίδες εξαπλώθηκαν γρήγορα σε λεπτότερες διαστάσεις.
Ένας βραχίονας, ένας τύπος μαντρί που επιπλέει στην επιφάνεια του νερού, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιορίσει πετρελαιοκηλίδες και να αυξήσει τεχνητά το πάχος τους. Σε συνδυασμό με την επιτόπια καύση χρησιμοποιούνται ειδικοί πυρίμαχοι βραχίονες. Όταν η επιτόπια καύση είναι αδύνατη λόγω του πάχους της διαρροής, χρησιμοποιούνται βραχίονες για τη συγκράτηση του λαδιού, έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν skimmers — ειδικά σκάφη με πλαστικά που απορροφούν λάδι ή κενά.
Όταν ο καθαρισμός με βραχίονες ή skimmers δεν είναι πρακτικός, μπορούν να χρησιμοποιηθούν χημικά διασκορπιστικά. Τα χημικά διασκορπιστικά χρησιμοποιούνται για τη διάσπαση του αδέσποτου πετρελαίου και τη μείωση των επιπτώσεών του στις παραλίες και την υδρόβια άγρια ζωή.
Ο καθαρισμός μεγάλων πετρελαιοκηλίδων μπορεί να είναι πολύ ακριβός, δεκάδες ή εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Τα πρόστιμα για διαρροές είναι συνήθως συγκρίσιμα σοβαρά. Όταν μια πετρελαιοκηλίδα απλώνεται σε μια μεγάλη περιοχή, σχηματίζει μια γυαλάδα, ένα πολύ λεπτό στρώμα λαδιού χρώματος ουράνιου τόξου στην επιφάνεια του νερού.
Μία από τις μεγαλύτερες πετρελαιοκηλίδες στην ιστορία ήταν η πετρελαιοκηλίδα Exxon Valdez στο Prince William Sound στην Αλάσκα. Περίπου το 25% των 50 εκατομμυρίων γαλονιών πετρελαίου του πλοίου χύθηκε, που ισοδυναμεί με περίπου 125 πισίνες ολυμπιακών διαστάσεων, και περίπου 250,000 πουλιά πέθαναν από το συμβάν. Το γεγονός ανάγκασε την κυβέρνηση των Ηνωμένων Πολιτειών να αυξήσει περαιτέρω την αυστηρότητα των προστίμων και των κανονισμών που αποσκοπούσαν στην πρόληψη των πετρελαιοκηλίδων. Παρόλα αυτά, εξακολουθούν να συμβαίνουν πετρελαιοκηλίδες. το 2010, μια έκρηξη στο Deepwater Horizon, ένα γεωτρύπανο στον Κόλπο του Μεξικού, οδήγησε σε διαρροή άνω των 205 εκατομμυρίων γαλονιών, σύμφωνα με επιστημονικές εκτιμήσεις.