Die Wasserqualität der Luzerner Seen hat sich in den vergangenen Jahrzehnten bezogen auf die Phosphorbelastung stark verbessert. Der Vierwaldstättersee weist eine hervorragende Wasserqualität auf und ist heute in einem naturnahen Zustand. Die Phosphorkonzentrationen in den Mittelland- und Kleinseen sind jedoch immer noch zu hoch und verursachen dort Sauerstoffarmut. Im Gegensatz zu den Fliessgewässern sind die Mikroverunreinigungen in Seen von untergeordneter Relevanz.
Die Phosphoreinträge in die Mittelland- und Kleinseen stammen grösstenteils aus landwirtschaftlich genutzten Böden, zu einem kleineren Teil aus der Siedlungsentwässerung und der Atmosphäre. Zur Sanierung der Seen muss der Phosphoreintrag reduziert werden. Nur so wird eine natürliche Fortpflanzung der Felchen wieder möglich.
Die Überdüngung führt zu hohem Algenwachstum und Sauerstoffarmut in den betroffenen Seen. Wegen der Sauerstoffarmut müssen die Mittellandseen immer noch mit grossem Aufwand künstlich belüftet werden. Der Klimawandel droht zudem, die Sauerstoffversorgung im Tiefenwasser zusätzlich zu verschlechtern.
Dank der Verdünnung sind die Konzentrationen von Pestiziden, Arzneimitteln und anderen Mikroverunreinigungen in Seen geringer als in Fliessgewässern.
Als weitere Herausforderung breitet sich die Quaggamuschel in verschiedenen Schweizer Seen stark aus, verdrängt einheimische Arten und verursacht Schäden an der Infrastruktur. Während die Quaggamuschel 2024 erstmals im Vierwaldstättersee und 2025 im Rotsee entdeckt wurde, sind Sempacher-, Baldegger- und Hallwilersee frei von der gebietsfremden Muschel.
Der Lebensraum Gewässer ist an knapp der Hälfte der Seeufer beeinträchtigt, naturfremd verbaut oder eingedolt. Einen Viertel dieser Gewässer müssen die Kantone in den kommenden 80 Jahren revitalisieren.