الماء الذي يملأ المحيط هو ماء البحر، وهو محلول معقد من الماء والأملاح الذائبة والغازات والمركبات العضوية والجسيمات العالقة. وتُعدّ أيونات الكلوريد والصوديوم والكبريتات والمغنيسيوم والكالسيوم والبوتاسيوم هي الأيونات السائدة، والتي تُشكّل مجتمعةً معظم ملوحة الماء.

تختلف الخصائص الفيزيائية لمياه البحر - كالكثافة ونقطة التجمد والسعة الحرارية وسرعة الصوت - عن خصائص الماء النقي بسبب المواد المذابة فيها. وتتحكم هذه الخصائص في دوران المياه، والتفاعلات المناخية، وانتشار الإشارات الصوتية. أما الخصائص الكيميائية، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني ونظام الكربونات، فتتحكم في ذوبان المعادن وتوافر العناصر الغذائية والسموم.

على الرغم من أن الأيونات الرئيسية تتواجد بنسب ثابتة تقريبًا، فإن تركيزات المغذيات والمعادن النزرة والغازات تتفاوت بشكل كبير تبعًا للعمق والموقع والنشاط البيولوجي. يُعد فهم كيمياء وفيزياء مياه البحر أساسيًا لجميع فروع علم المحيطات. وتُستخدم مياه البحر المعيارية عالميًا لمعايرة قياسات الملوحة.

يحتوي كيلوغرام واحد من مياه البحر النموذجية على حوالي 35 غرامًا من الأملاح الذائبة.