Cạn kiệt oxy là hiện tượng hàm lượng oxy trong nước xuống thấp ngưỡng chịu đựng, làm cho cá bị ngạt, dẫn đến hiện tượng cá chết hàng loạt. Đây là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hiện tượng cá chết hàng loạt. Nguyên nhân gây ra hiện tượng cạn kiệt oxy có nhiều như thay đổi thời tiết, thủy triều đỏ hay hàm lượng chất hữu cơ, chất hòa tan trong nước quá cao. Nguyên nhân của hàm lượng chất hòa tan, chất hữu cơ trong nước cao có thể do lượng nước thải sinh hoạt đổ ra hồ quá lớn, làm hàm lượng chất hữu cơ trong nước tăng mạnh khiến cho quá trình hấp thụ oxy trong nước tăng mạnh dẫn đến cạn kiệt oxy làm cá chết.
Đánh giá đây là sự cố chưa từng có ở Hà Nội, theo PGS Hà Đình Đức, bên cạnh nguyên nhân cạn kiệt oxy thì nhiễm độc cũng có thể là nguyên nhân gây cá chết hàng loạt vì “Nước thải bao năm nay vẫn đổ ra Hồ Tây như thế”, ông Đức nói.
TS Bùi Quang Tề, nguyên Viện trưởng Viện Nuôi trồng Thủy sản I cho rằng, cá chết hàng loạt ở Hồ Tây vừa rồi là do hiện tượng cạn kiệt oxy. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là lượng nước thải ra hồ quá lớn, vượt qua sức chịu tải của hồ.
Theo TS Tề, Hồ Tây có diện tích tới 500ha nên khả năng tự làm sạch rất tốt. Tuy nhiên, những năm qua, sự phát triển mạnh về dân số, đô thị hóa đã làm lượng nước thải ra Hồ Tây tăng mạnh, vượt quá khả năng tự làm sạch của Hồ Tây khiến hồ bị ô nhiễm nặng. Khi hàm lượng chất hữu cơ ở Hồ Tây quá cao sẽ dẫn đến hiện tượng oxy hóa các chất hữu cơ, làm hàm lượng oxy trong nước giảm mạnh dẫn đến cá chết.
Liên quan đến lượng trầm tích dày ở đáy Hồ Tây, TS Tề cho biết, hậu quả của bồi lắng chất hữu cơ đáy hồ là thiếu ô xy và sự sản sinh các khí độc có hàm lượng cao nơi đáy hồ. Tuy nhiên, theo ông, điều này chỉ góp phần dẫn đến hiện tượng cá chết chứ không thể là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng cá chết hàng loạt ở Hồ Tây.