Nhà máy thủy điện Sơn La có tác dụng điều hòa nguồn nước, điều hòa dòng chảy giữa mùa lũ và mùa cạn, chếđộ thủy văn và thủy lực thay đổi rất khó xác định, lưu lượng điều tiết sau khi lũ qua đi làm cho mực nước sông duy trì ở mức cao lâu hơn, các con đê sông sẽ có áp lực rất lớn. Trong mùa cạn, mực nước sông sẽ tăng lên hai lần so với mực nước trong mùa cạn khi không có dự án.
Đập Sơn La sẽ làm ngập một diện tích đất đai rất lớn. hồ chứa làm ngập khoảng 23.333 ha đất tự nhiên trong đó có khoảng gần 10.000 ha bán ngập. Diện tích đất nông nghiệp 7.670 ha; đất lâm nghiệp có rừng 3.170 ha; đất chuyên dùng
879 ha; đất ở 527 ha; đất chưa sử dụng 11.087 ha (Viện Quy hoạch và Thiết kế
Nông nghiệp, 2007).
Hệ thực vật vùng này có mức đa dạng sinh học trung bình (11 loài/50ha), hệ động vật có 44 loài được duyệt vào dạng quý hiếm, có giá trị kinh tế nhưng số cá thể trong loài thì rất ít. Do bị thu hẹp địa bàn cư trú, địa bàn cư trú bị biến thành địa bàn xây dựng nhà máy thủy điện Sơn La nên một số loài động vật quý hiếm này sẽ
bị giảm đi nhanh chóng hoặc mất hẳn. Rừng là nơi cung cấp toàn bộ dinh dưỡng cho hệ sinh thái của dòng sông, nhưng đập thủy điện sẽ ngăn nguồn dinh dưỡng này lại, tất cả những chất hữu cơ, dinh dưỡng cho đến dòng sông hạ lưu bên dưới sẽ
hoàn toàn bị cạn kiệt thì cá chẳng thể có thức ăn mà sống. Vì vậy mà mặc dù là diện tích mặt nước tăng lên nhưng nguy cơ các loài thủy sinh bị giảm là rất lớn. Thực tế,
để điều tiết dòng chảy, khai thác tổng hợp nguồn tài nguyên nước của một dòng sông, nhiều quốc gia đã xây dựng hồ chứa nước. Việc đắp đập, ngăn sông đã làm thay đổi sâu sắc chế độ thủy văn - thủy lực của dòng chảy. Tốc độ dòng chảy khi chảy vào hồ sẽ bị giảm đột ngột, dẫn đến phần lớn bùn cát bị lắng đọng lại trong hồ, gây ra những hậu quả nghiêm trọng về sinh thái - môi trường nghiêm trọng trong lòng hồ, vùng thượng lưu hồ và hạ lưu đập, là nguyên nhân của nhiều vấn đề kỹ
thuật phức tạp. Vì vậy mà tính toán bồi lắng cát bùn và đề xuất các hạn chế bồi lắng là công việc quan trọng không thể thiếu trong quá trình thiết kế hồ chứa.
Vấn đề di dân sẽảnh hưởng rất nhiều đến tình trạng ô nhiễm môi trường đô thị. Việc quy hoạch chỗ ở tái định cư hiện nay còn chưa hoàn tất. Nhiều nơi còn chưa đảm bảo về nhu cầu chỗăn ở, vấn đề cấp nước, vệ sinh, rác thải và các dịch vụ
xã hội còn nhiều khó khăn. Nếu không giải quyết được triệt để vấn đề của bài toán di dân tái định cư thì những ảnh hưởng của nó là rất phức tạp. Nó ảnh hưởng tới cả
vấn đề môi trường lẫn vấn đề xã hội.
Cả một vùng rộng lớn bị nhấn chìm trở thành lòng hồ chứa nước. Tuy nhiên vấn đề dọn sạch lòng hồ là cả một vấn đề lớn. Cả lòng hồ được quy hoạch là nơi sinh sống cũ của dân cư trong diện di dân. Rác thải sinh hoạt cũng như cây cối, các thảm thực vật bên dưới cần được dọn sạch để khỏi ảnh hưởng đến môi trường. Tuy
nhiên người ta có thể thấy rằng, dù dùng bất cứ phương pháp xử lý nào thì nó cũng
đều ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái của cả vùng. Nếu sử dụng phương pháp đốt sinh khối sẽ làm tăng tác nhân gây ô nhiễm không khí bao gồm cacbondioxit, ozone và các khí nhà kính khác cùng với các chất độc như thủy ngân.
Đốt sinh khối cũng thải chất thủy ngân vào đất và và thúc đẩy mạnh mẽ quá trình giải phóng các chất dinh dưỡng như nitrogen và phosphorus từ sinh khối. Sau khi
đốt, chất dinh dưỡng từ tro sẽ châm ngòi và hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn một cách đột ngột và kích thích quá trình phát triển của tảo trong hồ khi nước được xả
vào. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước như giảm oxygen, cá chết thối rữa, hình thành các chất độc gây ra từ tảo xanh và khí độc cũng như kim loại phát ra như sulphide hydrogen và thủy ngân từ trầm tích của hồ chứa. Nếu để
lại những sinh khối đó thì sẽ gây ra một rắc rối khác. Thực vật mục nát sẽ làm tăng phát thải khí nhà kính từ hồ chứa, sử dụng khí oxygen sẵn có trong nước, cá thì chết mà hậu quả còn nghiêm trọng hơn là nước không thể uống và tưới tiêu được. Việc chuyển các hệ thống sông thành hồ chứa nước cũng tạo thêm môi trường sống cho
ốc sên và muỗi, những sinh vật mang lại bệnh sốt rét, sốt xuất huyết, bệnh sán máng, và làm tăng số lượng những ca mắc bệnh này. Hiển nhiên là chất lượng nước sẽ giảm và bờ hồđằng sau đập thủy điện cung cấp môi trường sống lý tưởng cho ốc và những loài côn trùng mang bệnh.
Nhà máy thủy điện có nhiều tác động không tốt đến môi trường và sinh thái. Tuy nhiên những tác động tích cực của nó thì cũng không phải là ít. Xây dựng một công trình lớn mang tầm cỡ quốc gia với một quy mô diện tích lớn được quy hoạch tốt sẽ tạo ra một không gian mở với những điểm du lịch hấp dẫn. Cảnh quang của vùng Tây Bắc vốn còn hoang sơ sẽ có một diện mạo mới. Cùng với những khu rừng nguyên sinh còn lại, một hệđộng thực vật mới sẽđược phục hồi nếu diện tích rừng vành đai bao quanh được nhanh chóng phủ xanh. Dự án cũng tạo ra một mạng lưới giao thông thuận tiên vào đến tận các bản mà trước đây là những vùng xa xôi hẻo lánh để phục vụ cho công trình trong tương lai. Cũng không chỉ có giao thông
đường bộ mà còn kéo theo đó là được đầu tư nâng cấp sân bay Nà Sản, tạo ra cả
Một phần rất lớn rừng nguyên sinh bị xóa bỏđể phục vụ cho dự án thủy điện Sơn La. Vấn đề này sẽ làm giảm khả năng ngăn lũ của rừng phòng hộ cho các tỉnh phía dưới. Hiện tượng xói mòn, suy thoái đất mạnh hơn và làm giảm khả năng thấm hút nước bề mặt của đất. Một lượng chất thải rắn sẽ bị cuốn trôi từ vùng trên cao xuống phía dưới. Nó sẽ gây ô nhiễm chất thải rắn cho những vùng hạ lưu ở bên dưới mà các cơ quan chức năng rất khó xác định và khó kiểm soát cũng như khó cho việc quản lý. Mất đi chức năng điều tiết khí hậu của rừng, dự án sẽ có ảnh hưởng đến khí hậu của tiểu vùng xung quanh. Về mặt cơ bản, nền nhiệt độ có thể
chỉ bị ảnh hưởng không đáng kể, nhưng số lượng bão lũ sẽ tăng lên là một minh chứng cho việc thay đổi khí hậu do nhà máy đem lại.
Tuy nhiên, việc xây hồ nhìn chung đã làm mất đi những cánh rừng với những thảm thực vật, mà đây lại là những nguồn hấp thụ, chuyển hóa CO2 quan trọng. Điều này có thể thấy, thủy điện đã gián tiếp làm tăng lượng CO2. Các máy phát điện cũng sinh ra một lượng lớn khí CO2, một phần các chất bảo trì trong máy phát điện, máy biến áp chứa các chất hữu cơ độc hại. Trong các tổ hợp nhà máy thi công điện, một lượng lớn ozon sinh ra do quá trình phóng điện và tích tụ điện. Bất kỳ một dạng năng lượng nào cũng không thể đảm bảo quá trình sản xuất sẽ sạch hoàn toàn. Như nhà máy thủy điện, quá trình vận hành cũng sinh ra một số chất độc hại. Tuy nhiên, điều đáng nói ở đây là ở chỗ, nó tạo ra những ảnh hưởng môi trường lớn mức nào mà thôi. Chủ yếu do ảnh hưởng về môi trường sinh thái và sức khỏe của cộng đồng, cũng như những giá trị mà nó phải từ bỏ như đất đai, rừng… mà những năm gần đây, Thế giới khuyến cáo các nước là không nên làm những nhà máy thủy điện cỡ lớn và trung bình. Tốt nhất là chỉ nên xây dựng những công trình cỡ nhỏ hay siêu nhỏ thôi[32].