เต่าทะเลมีความสำคัญต่อความหลากหลายทางชีวภาพในทะเล และเป็นตัวที่ทำให้ระบบนิเวศน์มีความอุดมสมบูรณ์ เต่าทะเลจึงมีบทบาทสำคัญในการรักษาความสมดุลของห่วงโซ่อาหาร เช่น
- ซากไข่เต่ามีสารอาหารและแร่ธาตุที่เป็นประโยชน์ต่อชายหาดและหญ้าทะเล ซึ่งเป็นแหล่งอนุบาลสัตว์ทะเล และช่วยลดการกัดเซาะชายฝั่งจากคลื่นและพายุ 
- เต่าทะเลกินแมงกะพรุนและหญ้าทะเลเป็นอาหาร ช่วยควบคุมปริมาณแมงกะพรุนและหญ้าทะเลในธรรมชาติให้เหมาะสม สมดุล
- เต่าทะเลกินฟองน้ำทะเลเป็นอาหาร ถือเป็นการควบคุมปริมาณฟองน้ำ ซึ่งส่งผลดีต่อปะการังและสัตว์ที่อาศัยในแนวปะการัง
- เต่าทะเลที่โตเต็มวัยเป็นอาหารของฉลามและวาฬเพชรฆาต ซึ่งก็มีส่วนสำคัญต่อการอนุรักษ์ฉลามและวาฬเพชรฆาต
- เต่าทะเลตัวใหญ่สามารถเป็นที่พึ่งพาอาศัยให้กับเพรียงทะเล ปลาขนาดเล็ก และยังเป็นที่พักกลางทะเลให้แก่นกทะเล