يُعرف علم المحيطات الفيزيائي بدراسة الخصائص الفيزيائية للمحيط والعمليات التي تحكم حركته. ويشمل هذا العلم التيارات والأمواج والمد والجزر والاضطرابات وتوزيع درجة الحرارة والملوحة، وتبادل الحرارة والزخم مع الغلاف الجوي.

يستخدم علماء المحيطات الفيزيائيون مزيجًا من النظريات والملاحظات والنماذج العددية. وتأتي الملاحظات من الأقمار الصناعية، وعوامات أرغو، والمراسي، وسفن الأبحاث، والرادارات الساحلية. وتشمل الأهداف فهم العوامل التي تحدد دوران المحيط، وكيفية انتقال الحرارة باتجاه القطبين، وكيفية حدوث الاختلاط عبر أسطح الكثافة، وكيف سيستجيب المحيط لتغير المناخ.

تُشكّل نتائج علم المحيطات الفيزيائي أساسًا للتنبؤات الجوية والمناخية، وعمليات البحث والإنقاذ، وتصميم المنشآت البحرية. ويرتبط هذا التخصص ارتباطًا وثيقًا بعلوم الغلاف الجوي، نظرًا لأن المحيط والغلاف الجوي يُشكّلان نظامًا متكاملًا. وقد ساهمت التطورات في الحوسبة والمراقبة الذاتية في تسريع التقدم، إلا أن الأسئلة الأساسية حول الاختلاط، والعمليات الصغيرة، وإمكانية التنبؤ على المدى الطويل لا تزال من المواضيع البحثية النشطة.

إن الصورة الواضحة للمحيط المادي هي الأساس الذي يبنى عليه الفهم الكيميائي والبيولوجي.