Cualquier gusano que viva en un entorno marino se considera un gusano marino. Los gusanos marinos se encuentran en varios filos diferentes, incluyendo los Platyhelminthes, Nematoda, Annelida (gusanos segmentados), Chaetognatha, Hemichordata y Phoronida. Para una lista de animales marinos que han sido llamados «gusanos de mar», véase gusano de mar.
Muchos de estos gusanos tienen tentáculos especializados utilizados para intercambiar oxígeno y dióxido de carbono y también pueden ser utilizados para la reproducción.
Algunos gusanos marinos son gusanos tubulares, de los cuales el gusano tubular gigante vive en aguas cercanas a volcanes submarinos, y puede soportar temperaturas de hasta 90 grados Celsius o unos 194 grados Fahrenheit.
Algunos gusanos pueden vivir en la fosa. Estos gusanos se descubrieron por primera vez en el Océano Pacífico, frente a las Islas Galápagos.
En los últimos años, se ha observado que los gusanos marinos (especialmente los que se encuentran en el océano) ingieren partículas microplásticas que se encuentran en los océanos. Esta tendencia preocupa a muchos científicos, ya que los gusanos marinos son una importante fuente de alimento para muchos peces y aves zancudas. Los gusanos marinos actúan como especies clave en un ecosistema, y la introducción de plástico en los océanos no sólo disminuirá las tasas de crecimiento de los gusanos marinos, sino que también afectará a la cadena alimentaria de ese ecosistema.