- Môi trường nước:
+ Nguồn nước mặt tại các sông, hồ có dấu hiệu bị ô nhiễm và đang có xu hướng tăng lên, đặc biệt ở những khu vực đông dân cư tốc độ phát triển kinh tế cao, khu vực khai thác đá. Nguyên nhân bị ô nhiễm là do tất cả các loại nước thải hầu như không qua xử lý hoặc xử lý không tốt đều đổ ra sông, hồ.
+ Nguồn nước ngầm thường bị nhiễm mặn, nhiễm sắt và nhiễm bẩn bởi các hợp chất Ni tơ, tuy nhiên hiện tượng nhiễm bẩn này thường do các yếu tố địa lý, địa chất, thuỷ văn gây nên.
Theo tài liệu của Văn phòng Chương trình mục tiêu quốc gia Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn. Trung tâm khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia của Viện Vật Lý, phân tích nước ngầm tại huyện Thanh Liêm đã lấy 20 mẫu nước để phân tích, kết quả cho thấy chỉ có 2/20 mẫu có hàm lượng Asen vượt tiêu chuẩn của Việt Nam.
- Môi trường không khí: Nhìn chung, môi trường không khí trên địa bàn huyện còn tương đối sạch, các chỉ tiêu nồng độ trung bình của bụi và các khí độc (CO, SO2, NO2) đều thấp hơn tiêu chuẩn cho phép.
Tuy nhiên, môi trường không khí cạnh các tuyến đường giao thông vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 1,2 - 1,6 lần có những nơi vượt tới 2,1 lần.
Đặc biệt khu vực xung quanh thị trấn Kiện Khê, huyện Thanh Liêm là nơi tập trung rất nhiều mỏ khai thác đá. Chỉ tính riêng khu vực xung quanh thị trấn đã có đến 3 nhà máy xi măng và hàng chục cơ sở, doanh nghiệp khai thác chế biến sản phẩm đá xây dựng. Đoạn đường đi qua thị trấn Kiện Khê bắt đầu từ cầu Kiện Khê đến TP Phủ Lý chỉ dài hơn 5km nhưng luôn trong tình trạng bụi cuốn mù mịt ảnh hưởng lớn đến đời sống sinh hoạt cũng như sức khoẻ của người dân.
- Môi trường đất: nổi lên những vấn đề cần chú ý sau:
+ Hiện tượng suy giảm hệ động thực vật rừng do khai thác không hợp lý;
+ Công nghiệp khai thác đá góp phần quan trọng thúc đẩy quá trình đô thị hoá, công nghiệp hoá, nhưng cũng đặt ra vấn đề về môi trường cần được giải quyết. Do khai thác đá không chú ý đến bảo vệ đất nên đã huỷ hoại đất đai ở những vùng khai thác một cách bừa bãi, tạo nhiều vùng khó có khả năng phục hồi đất đai.
+ Do nhận thức chưa đúng của một số hộ dân trong việc sử dụng phân bón vô cơ, thuốc bảo vệ thực vật nên đã sử dụng phân hoá học quá mức và do rửa trôi đã làm cho đất bị chai cứng, nhiễm độc; cây trồng vật nuôi, vi sinh vật có lợi sống trong đất và các sinh vật thuỷ sinh bị tiêu diệt.
- Chất thải rắn: Chất thải rắn bao gồm chất thải rắn sinh hoạt, chất thải rắn công nghiệp, chất thải rắn y tế được xử lý theo hình thức thu gom chôn lấp, đốt với tỷ lệ thấp. Hầu hết các xã, thị trấn đều chưa bố trí đất dành cho bãi để chất thải.