Efekty nieliniowe spowodowane są faktem, że sygnał o dużej gęstości mocy modyfikuje własności medium transmisyjnego (w praktyce głównie współczynnik załamania światła), co następnie wpływa na ewolucję samego sygnału optycznego. Siła efektów nieliniowych zależy od poziomów mocy indywidualnych kanałów, od długości łącza i od mocy całkowitej oraz (w większości przypadków) od ilości dyspersji chromatycznej. Najistotniejsze efekty nieliniowe w łączu DWM to mieszanie czterofalowe FWM, automodulacja fazy SPM, skrośna modulacja fazy XPM oraz wymuszone rozpraszanie Ramana SRS. Ze względu na nasilenie zjawisk nieliniowych, niektóre typy włókien nie nadają się do transmisji DWDM, przede wszystkim włókno G.653 (o nominalnie zerowej dyspersji chromatycznej w oknie C).
Ze względu na dużą ilość mechanizmów degradujących, jakość sygnału optycznego na wyjściu łącza DWDM może być zbyt niska. W przypadku sygnałów cyfrowych, naturalną metryką jakości jest stopa błędu BER. Zwykle mianem „jakości operatorskiej” określa się sygnał o BER co najwyżej 1e-12, tymczasem często sygnał wyjściowy z sieci DWDM ma natywny BER kilka rzędów wyższy. Aby na wyjściu z sieci DWDM uzyskać wymaganą jakość sygnału, powszechnie stosuje się nadmiarowe kodowanie korekcyjne FEC, pozwalające na korekcję błędów transmisji w odbiorniku/dekoderze.