De stad heeft sinds de stichting in de vijfde eeuw al te maken met overstromingen. Deze overstromingen worden enerzijds veroorzaakt door opstuwing in de Adriatische Zee en anderzijds door extreme neerslag en rivierafvoeren. Door de zeespiegelstijging en bodemdaling namen de overstromingen door de eeuwen heen geleidelijk toe. Geraamd wordt dat sinds het stichten van de stad tot aan het begin van de twintigste eeuw de relatieve zeespiegelstijging zo’n twee meter is geweest.
Gedurende de twintigste eeuw is de bodemdaling versneld door onttrekking van grondwater. Omdat dit probleem werd onderkend zijn de grondwateronttrekkingen sinds de jaren zestig verboden. Wel wordt geraamd dat gedurende de twintigste eeuw het waterpeil op zee ten opzichte van de bebouwing met 23 centimeter is gestegen. De overstromingen komen dus steeds regelmatiger voor. De ergste overstroming is op 4 november 1966 geweest, toen het water door opstuwing vanuit de Adriatische Zee en overvloedige neerslag in het achterland tot 1,9 meter boven het gemiddelde peil in de lagune kwam.
In vervolg op deze overstroming is besloten tot een aantal maatregelen, zoals het versterken van de stranden, steigers en kademuren. Het belangrijkste project in dit verband is echter het MOSE-project (Modulo Sperimentale Elettromeccanico) waarbij in de drie openingen tussen de Adriatische Zee en de lagune een stormvloedkering bestaande uit scharnierende stalen caissons is gebouwd. Deze caissons liggen gevuld met water in betonnen bakken in de bodem van de drie openingen van de lagune. Als er een overstroming wordt verwacht kan het water uit de caissons worden gepompt, waardoor ze schuin omhoog komen te staan en daarmee de drie openingen afsluiten.
De bouw is tussen 2003 en 2020 gerealiseerd. Het hele systeem bestaat uit 78 van deze caissons met de bijbehorende voorzieningen en heeft een lengte van in totaal 1,6 kilometer, verdeeld over de drie openingen. Het leegpompen duurt een half uur en het na de overstroming weer vullen 15 minuten. Kort na het gereedkomen moest de stormvloedkering op 3 oktober 2020 voor het eerst worden gesloten en liep het beroemde San Marcoplein voor het eerst tijdens een dergelijke gebeurtenis niet meer onder water. Een jaar ervoor had het water onder vergelijkbare omstandigheden plaatselijk nog bijna twee meter hoog gestaan.
De zeespiegelstijging zal zich komende jaren naar alle waarschijnlijkheid blijven voordoen, wellicht zelfs in een versneld tempo. Daarbij komt dat de bodemdaling, zij het wellicht vertraagd, zich ook voort zal zetten. Vroeg of laat zal de vraag zich dus voordoen of er een polder tot stand gebracht moet worden. Het zal dan een grote vraag zijn welk gebied precies ingepolderd moet worden. Daarbij spelen zeer uiteenlopende belangen een rol. Enerzijds zal men het stadsbeeld liggend aan het grote water in de lagune zoveel mogelijk willen behouden. Anderzijds kan de lagune ook niet volledig worden afgesloten, bijvoorbeeld in verband met de scheepvaart naar en van de havens in het achterland en de afvoer van overtollig water naar de Adriatische Zee. Het zal veel inzicht en wijsheid vergen om tot een goed en evenwichtig besluit te komen. De unieke stad is dit alleszins waard.