Studium fyzikálních vlastností oceánu a procesů, které řídí jeho pohyb, je fyzikální oceánografie. Zahrnuje proudy, vlny, příliv a odliv, turbulenci, rozložení teploty a slanosti a výměnu tepla a hybnosti s atmosférou.

Fyzikální oceánografové používají kombinaci teorie, pozorování a numerických modelů. Pozorování pocházejí ze satelitů, plavidel Argo, kotvišť, výzkumných lodí a pobřežních radarů. Cíle zahrnují pochopení toho, co určuje cirkulaci oceánu, jak je teplo transportováno k pólům, jak dochází k míchání napříč hustotními povrchy a jak bude oceán reagovat na měnící se klima.

Poznatky z fyzikální oceánografie jsou základem pro předpovědi počasí a klimatu, pátrací a záchranné operace a návrh pobřežních staveb. Tato disciplína má úzké vazby na vědu o atmosféře, protože oceán a atmosféra tvoří propojený systém. Pokroky ve výpočetní technice a autonomním pozorování urychlily pokrok, nicméně základní otázky týkající se míchání, procesů v malém měřítku a dlouhodobé předvídatelnosti zůstávají aktivními tématy výzkumu.

Dobře rozlišený obraz fyzického oceánu je základem, na kterém je postaveno chemické a biologické poznání.