Waterbloei, dichte aquatische populatie van microscopische fotosynthetische organismen geproduceerd door een overvloed aan voedingszouten in oppervlaktewater, gecombineerd met voldoende zonlicht voor fotosynthese. De micro-organismen of de giftige stoffen die ze afgeven, kunnen het water verkleuren, het zuurstofgehalte verminderen, waterdieren en watervogels vergiftigen en de huid en luchtwegen van mensen irriteren. Enkele soorten algen, diatomeeën of dinoflagellaten, die zich om de paar uur voortplanten, kunnen een bloeiende populatie domineren; het aantal individuen per liter (liter) water kan variëren van 1.000 tot 60 miljoen.
In de oceanen komen jaarlijkse bloemen voor in het vroege voorjaar op middelhoge tot hoge breedtegraden, vooral in subpolaire gebieden. In dergelijke plaatsen gedijt fytoplankton niet in de winter vanwege de korte duur en lage intensiteit van zonlicht, en omdat ze worden belaagd door zoöplankton te laten grazen. Tijdens de winter herstelt opwelling het voedingsgehalte in de buurt van het oppervlak en biedt het ondersteuning voor snelle groei, aangezien verhoogde zonnestraling in de lente de fotosynthese bevordert. Op het noordelijk halfrond bereikt zo'n bloei zijn hoogtepunt rond april. Tegen de zomer zijn de oppervlaktewateren uitgeput van voedingsstoffen en neemt de populatie van fytoplankton af. Een secundaire bloei kan optreden in de herfst, wanneer stormen de zomerstratificatie van het water vernietigen en verse voedingsstoffen naar boven brengen; fotosynthese en celvermenigvuldiging nemen echter af naarmate zonnestraling afneemt met de winteraanpak.
Soms komen bloemen van het dinoflagellate-geslacht Gymnodinium langs de Amerikaanse Golfkust voor wanneer abnormaal zware regenval de afvoer van landbouw- en industrieel afval vergroot. De enorme aantallen van deze organismen geven een duidelijke rode kleur aan het water, een fenomeen dat bekend staat als rood tij (qv). De Rode Zee zou zijn genoemd naar de incidentele bloei van de alg Trichodesmium erythraeum.
