1953年，水俣镇出现了一些奇怪的病人，轻者口齿含糊、面容痴呆、步态异常、手脚麻痹，重者精神失常，身体弯曲狂叫，直至死亡，但没人知道这是什么病。
1954年4月的一天，一名五岁的女童出现相似症状入院，在被确诊为“中枢神经系统怪病”后不久死亡，但未引起重视。同年5月陆续有4位村民出现相似症状入院治疗，而患有相同症状且仍未入院的还有50多人，这才引起了人们的注意。于是熊本大学医学院成立调查组展开调查，初步把猫的怪病和人的怪病联系了起来分析，找到了共同的根源—吃鱼中毒。之后水俣湾千万渔民因为鱼被证实有毒而相继失业。
1959年2月，日本食物中毒委员会经过研究认为，这种怪病与重金属中毒有关，尤其是汞的可能性最大。
这种怪病就是曾经震惊世界的“水俣病”，因为当时病因不清，所以用当地地名来命名。
造成水俣病的直接原因——甲基汞中毒
1963年，熊本大学“水俣病医学研究组”从水俣湾的鱼、贝和氮肥厂取得的汞渣中提取出了CH3HgCl结晶。研究组用这种结晶同从水俣湾捕捞的鱼、贝对400只实验猫进行喂食实验，结果所有的猫均得水俣病；用红外光谱对所提取得到的CH3HgCl结晶和纯CH3HgCl结晶进行分析，发现这两种结晶的红外吸收光谱完全一致；通过显微镜的观察，也发现了死亡病例的小、大脑细胞的病理变化与氯化甲基汞中毒的脑病理变化基本相同。
1968年9月，日本政府确认水俣病的病因，是人们长期食用水俣湾中被含有汞和甲基汞废水污染的的鱼类贝类等水生食物而造成的。
甲基汞具有神经毒性，主要侵犯中枢神经系统，是世界公认的“全球性环境污染物”。水体的汞污染主要来源于塑料、氯碱、电池、电子等工业排放的含汞废水。当含汞废水排入水体中，大量汞沉降于底泥里，在微生物的作用下可转化为甲基汞，其毒性更为强烈。甲基汞会通过食物链逐级富集于水生动物体内。这些被污染的水生动物体内的甲基汞浓度会比水中甲基汞浓度还要高出数万倍，然后人们就会因食用被污染的水生生物而中毒得水俣病。甲基汞本品属有机汞，是亲脂性毒物，主要侵犯神经系统。有机汞摄入人体后，会导致患神经衰弱综合征、共济失调症、精神障碍、震颤、昏迷、瘫痪、视野呈向心性野缩小等，并可导致肾脏、肝脏心脏损坏，甚至死亡。水俣病就是直接由汞对海洋环境污染造成的公害。
造成水俣病的根本原因——工业废水排放污染
日本氮肥公司于1925年在水俣湾建厂，1932年又扩建了醋酸厂，在生产过程中采用了HgCl2和HgSO4两种化学物质做催化剂。1949年，开始生产氯乙烯，1956年，产量超过6000吨。由此发家的同时，该工厂把未经处理的工业废水排进了水俣湾之中，排放的工业废水含有大量的汞，汞离子在微生物的作用下转化成了甲基汞被水生生物摄入，而这些被污染的鱼虾又被动物和人食用，致使这场持续多年的灾难开始出现。1963年，该工厂为了掩人耳目把排放的含汞废水延伸到了水俣川的北部，导致了新污染区的出现。
1967年，日本氮肥公司面对400只猫以其工厂废水作实验均得水俣病的事实，最终不得不承认其工厂排放含汞废水带来的灾难。此前该公司一直以保密为由，拒绝提供工艺流程与废水试样给研究组，致使水俣病的病因拖了6年才真相大白。直至1979年，熊本地裁刑事二部才对该公司制造的灾害进行公判，追相关责任人员刑事责任，这也是日本历史上第一次追究公害犯罪者的刑事。
水俣病事件中污染的治理与对策
1.制定企业排污废水的标准
1970年12月，日本政府制定了水污染防治法，限制了工业排放废水的有毒物质最高含量。其中对于汞的规定：废水中总汞含量不得超出0.005mg/L，且不得检出烷基汞。
2 .控制鱼类与贝类的捕捞和出售
在制定防治法的同时，日本政府也限定了可销售的鱼贝类含总汞及烷基汞的最大允许量，总汞最高允许含量为0.4ppm/kg，烷基汞最高允许含量为0.3ppm/kg。1974年1月，日本政府在水俣湾设立起了隔离网，将整个海湾与其他海域隔离，防止被污染的鱼类贝类扩散，并且禁止了水俣湾的一切娱乐性垂钓活动。
3.水俣湾环境的修复
由于日本氮肥公司长时间大量排放汞，水俣湾境内的底泥被污染，受污染底泥超过200万立方米，厚度深达4m，汞含量超过25ppm的底泥有接近150万立方米，海湾类的鱼类贝类汞含量严重超标。日本政府对湾内汞含量较高的区域进行了封闭填埋的处理，汞含量稍低的区域则采用大型挖泥船清淤，并且将清除的淤泥埋入指定地点，使用复合膜和突然覆盖在上层。日本政府花费近14年，并且投入了485亿日元在此工程上。