Byfjorden mottar avløpsvann fra en stadig voksende befolkning i Bergensområdet. I de siste 20 årene har det derfor vært drevet regelmessige undersøkelser av vannkvalitet og bunnforhold. De store vannmassene i hele fjordsystemet, som i Byfjordens hovedløp er opptil 360 meter dypt, blir fra naturens side nesten fullstendig utskiftet hvert eneste år. Utskiftningen er tilstrekkelig til at vannet holder akseptabel kvalitet. Tidligere har forholdene vært kritiske i enkelte avgrensede bukter og poller, men mange tiltak har hjulpet. Ett av de viktigste var leggingen av hovedkloakkledningen fra Store Lungegårdsvannet til Lyreneset øst for Gravdal. Etter tilkoblingen i 1998 har mekanisk renset avløpsvann blitt sluppet ut på 40 meters dyp, ca. 100 meter fra land.
Samling og rensing av større utslipp kan likevel ikke forhindre betydelige tilsig av næringssalter fra befolkning og jordbruk, men dette tilsiget er likevel mindre enn det som kystvannet naturlig bringer inn. Overgjødslingen har heller ikke ført til unaturlig sterk vekst av plankton og fastsittende alger (eutrofiering). Forklaringen er at utskiftningen av de øvre vannmassene er god nok.
Større bekymring skaper tungmetallene som er konsentrert i slamavsetningene i fjordene i Bergensområdet, og som kan bli tatt opp av fisk. Det er blitt påvist større konsentrasjoner av miljøgiften PCB enn myndighetene anser tilrådelig, i ål som er fanget i havneområdet. Som følge av dette kom det i 2000 forbud mot yrkesfiske etter ål i Byfjorden og tilstøtende fjordområder. Ålen oppholder seg ikke lenge om gangen i fjordsystemet, men den er ekstra utsatt for tungmetallene i slamavsetningene fordi den lever nær sjøbunnen. Det er heller ikke anbefalt å spise lever fra fisk fanget i de samme områdene.
