Plus de 123 espèces de faune d’eau douce ont disparu en Amérique du Nord depuis 1900. Parmi les espèces d’eau douce nord-américaines, on estime que 48,5 % des moules, 22,8 % des gastéropodes, 32,7 % des écrevisses, 25,9 % des amphibiens et 21,2 % des poissons sont en danger ou menacés. Les taux d’extinction de nombreuses espèces pourraient augmenter considérablement au cours du siècle prochain en raison des espèces envahissantes, de la perte d’espèces clés et des espèces déjà éteintes sur le plan fonctionnel (par exemple, les espèces qui ne se reproduisent pas). Même en utilisant des estimations prudentes, les taux d’extinction des poissons d’eau douce en Amérique du Nord sont 877 fois plus élevés que les taux d’extinction naturels (1 sur 3 000 000 d’années). Les taux d’extinction prévus pour les animaux d’eau douce sont environ cinq fois plus élevés que pour les animaux terrestres, et sont comparables aux taux pour les communautés de la forêt tropicale. Compte tenu de l’état désastreux de la biodiversité d’eau douce, une équipe de scientifiques et de praticiens du monde entier a récemment rédigé un plan d’action d’urgence pour tenter de restaurer la biodiversité d’eau douce.
Les techniques actuelles de biosurveillance des eaux douces se concentrent principalement sur la structure des communautés, mais certains programmes mesurent des indicateurs fonctionnels comme la demande biochimique (ou biologique) en oxygène, la demande en oxygène des sédiments et l’oxygène dissous. La structure de la communauté des macro-invertébrés est couramment surveillée en raison de la diversité de sa taxonomie, de sa facilité de collecte, de sa sensibilité à une série de facteurs de stress et de sa valeur globale pour l’écosystème. De plus, la structure des communautés d’algues (souvent des diatomées) est mesurée dans les programmes de biosurveillance. Les algues sont également diverses du point de vue taxonomique, faciles à collecter, sensibles à une série de facteurs de stress et précieuses pour l’écosystème. Les algues se développent très rapidement et les communautés peuvent représenter des changements rapides dans les conditions environnementales.
En plus de la structure des communautés, les réponses aux facteurs de stress en eau douce sont étudiées par des études expérimentales qui mesurent les changements de comportement des organismes, les taux altérés de croissance, de reproduction ou de mortalité. Les résultats expérimentaux sur une seule espèce dans des conditions contrôlées ne reflètent pas toujours les conditions naturelles et les communautés multi-espèces.
L’utilisation de sites de référence est courante pour définir la « santé » idéalisée d’un écosystème d’eau douce. Les sites de référence peuvent être sélectionnés dans l’espace en choisissant des sites ayant un impact minimal des perturbations et de l’influence humaine. Cependant, les conditions de référence peuvent également être établies dans le temps en utilisant des indicateurs préservés tels que les valves de diatomées, le pollen de macrophytes, la chitine d’insectes et les écailles de poissons, qui peuvent être utilisés pour déterminer les conditions avant une perturbation humaine à grande échelle. Ces conditions de référence temporelles sont souvent plus faciles à reconstituer dans les eaux stagnantes que dans les eaux en mouvement, car les sédiments stables peuvent mieux préserver les matériaux indicateurs biologiques.