Sjögräs ansågs vara på väg mot utrotning i denna region innan uttrarna återvände.
Men forskare fann att djuren utlöste en kedjereaktion av händelser som ökade vattenlevande växter.
Forskningen publiceras i tidskriften PNAS.
Urbaniseringen av Kalifornien har lett till en enorm ökning av näringsföroreningarna i kustvattnen, från ökad användning av kväverika gödselmedel.
Detta sägs vara orsaken till sjögräsets död, som också har minskat över hela världen.
Denna forskning tyder på att jakten på en nära utrotning av havsuttrar i slutet av 19th och början av 20th Century kan ha förvärrat problemet, och omvänt att deras återinförande hjälper återuppliva sjuka sjögräs populationer, även inför enormt näringsrika vatten.
Forskarna bedömde sjögräshalter under de senaste 50 åren i Elkhorn Slough i Monterey Bay, och kartlade deras ökningar och nedgångar.
De tittade på en mängd olika förändringar som kan ha påverkat gräset, men den enda faktor som verkligen matchade förändringarna i sjögräs var havsutter siffror.
De teoretiserade att havsuttrar åt krabbor som jagar små ryggradslösa djur i vattnet.
Dessa ryggradslösa djur äter en typ av alger som blommar när det finns mer näringsämnen i jorden. Den växer på sjögräsets blad, skuggar dem från solljuset och får dem att dö tillbaka.
Detta är en ganska komplex kaskad av effekter, så forskarna testade sin teori genom att jämföra liknande flodmynningar med och utan havsuttrar, och genom att göra experiment i labbet, och på fältet.
Dessa experiment, som inkluderade att sätta burar som havsuttrar antingen kunde eller inte kunde komma åt, nere på sjögräset, bekräftade deras hypotes.
Brent Hughes, huvudförfattare till studien, sade: " Denna flodmynning är en del av ett av de mest förorenade systemen i hela världen, men du kan fortfarande få denna friska blomstrande livsmiljö, och det är allt på grund av havsuttrar.
"Så det är nästan som om dessa havsuttrar kämpar mot effekterna av dålig vattenkvalitet."
Hughes beskrev sjögräs som "kanariefågeln i kolgruva" när det gäller att förutsäga halter av näringsföroreningar i vattnet.
Den fungerar också som en barnkammare för många fiskarter och använder koldioxid från havsvatten och atmosfären, vilket kan bidra till klimatförändringen.
Inte bara det, utan det fungerar som ett skydd för kustlinjens stabilitet.
Hughes sade: " Det är vad vi kallar en grundart, som t.ex. kelpskog, saltsump eller korallrev. Det största problemet ur ett globalt perspektiv är att sjögräs minskar över hela världen. Och en av de främsta drivkrafterna till denna nedgång har varit näringstillförsel från antropogena källor, via jordbruk eller avrinning i städer."
Dessa resultat är av särskilt intresse för närvarande, eftersom ett förbud mot havsuttrar som förflyttar sig längs kusten till södra Kalifornien hävdes förra året. Förbudet var på plats eftersom det fanns en rädsla för att havsuttrarna skulle inkräkta på fisket i området.
Hughes berättade för BBC nyheterna: "Det är viktigt eftersom det finns en hel del av denna typ av degraderade flodmynningar i södra Kalifornien på grund av all urban avrinning från platser som Los Angeles och San Diego.
"Coastal managers kommer nu att få en bättre känsla av vad som kommer att hända när uttrar flyttar in i sina system.
"Det finns en enorm potentiell fördel för havsuttrar som återvänder till dessa flodmynningar, och in i dessa sjögräsbottnar som kan vara hotade."
Återkomsten av havsuttrar till en flodmynning på den centrala kaliforniska kusten har avsevärt förbättrat hälsan för sjögräs, ny forskning har hittat.