Giống như phần nhiều các đô thị trong cả nước, môi trường thành phố Nha Trang đang phải đối mặt với nhiều thách thức về nước thải, chất thải rắn, tiếng ồn... Đây là thực tế khó tránh đối với một thành phố tập trung hầu hết các công ty, doanh nghiệp của tỉnh (600 công ty) dân cư các vùng lân cận quá gần (chỉ cách từ 10 - 15 cây số) trong khi các giải pháp xử lý chất thải chưa được tiến hành triệt để.
Hiện nay, toàn bộ nước thải sinh hoạt, nhà hàng, dịch vụ, cơ sở sản xuất tại thành phố đều chưa được xử lý, xả vào hệ thống thoát nước chung, chảy vào các nguồn tiếp nhận là sông Cái, sông Quán Trường và biển. Các đường cống chung ở một số nơi bị người dân, các cơ sở sản xuất đấu nối các đường ống dẫn nước bẩn vào. Nước thải sinh hoạt của nhiều hộ gia đình chỉ xử lý bằng hệ thống hầm tự hoại và tự thấm xuống đất, gây ô nhiễm nước ngầm mạch nông. Vì thế chất lượng vệ sinh nước giếng đang có dấu hiệu giảm sút mạnh, số mẫu không đạt tiêu chuẩn vi sinh lên tới 77,27%..
Mặc dù tỷ lệ thu gom chất thải rắn tại Nha Trang được cải thiện, nhưng đến nay cả thành phố vẫn chưa có một bãi rác nào đạt yêu cầu vệ sinh, xử lý đúng yêu cầu về bảo vệ môi trường. Đặc biệt, vẫn còn tình trạng dân cư ven biển xả thẳng rác xuống sông, xuống biển.
Chất lượng môi trường không khí năm 2008 tại các khu vực quan trắc đều cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép; trong đó, tại khu vực Đồng Đế độ ồn trung bình các quí, cả năm có xu hướng cao hơn năm 2007; còn độ ồn tại khu liên cơ, Ngã ba Bình Tân có xu hướng giảm hơn năm 2007. Điều rất đáng lo ngại là chất lượng môi trường nước mặt, nước biển ven bờ tại thành phố Nha Trang đang xấu đi. Kết quả giám sát chất lượng nước năm 2008 tại trạm Cầu Bình Tân (hạ lưu sông Quán Trường), trạm Thanh Minh, Cầu Cắt cho thấy, chỉ tiêu chất rắn lơ lửng, kẽm ở trạm Thanh Minh đều cao hơn so với tiêu chuẩn; giá trị trung bình thông số dầu mỡ (HC) năm 2008 cả 3 trạm đều cao hơn tiêu chuẩn và cao hơn so với giá trị trung bình năm 2007; thông số Coliform cao hơn nhiều lần (riêng trạm Thanh Minh, hàm lượng dầu mỡ dao động từ 0,507 đến 0,619 và Coliform tăng đột biến so với 2007).
Đối với nước biển ven bờ, bãi tắm Nha Trang (khu vực Quảng Trường 2/4) nằm giữa hai cửa sông Cái và sông Quán Trường, chịu nhiều tác động từ nước thải sinh hoạt của thành phố nhất. Kết quả giám sát chất lượng ven biển khu vực này cho thấy, nhiều thông số vẫn nằm trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép, ít biến động so với năm 2007; nhưng đáng lo ngại là các thông số dính dầu mỡ lại cao hơn trung bình năm 2007 (0,708/0,569) trong khi theo tiêu chuẩn đây là khu vực nước ven biển không được có hàm lượng này.Tương tự như vậy, hàm lượng Coliform tại đây cũng có xu hướng tăng (1.348/1155) và cao hơn tiêu chuẩn cho phép.
