Syntéza organické hmoty z anorganického uhlíku fotosyntetickými nebo chemosyntetickými organismy je primární produkcí. V oceánu tvoří fotosyntéza fytoplanktonem velkou většinu primární produkce; chemosyntéza přispívá lokálně u průduchů a vývěrů.

Primární produkce pohání celý mořský potravní řetězec a ovlivňuje hladinu oxidu uhličitého v atmosféře prostřednictvím biologické uhlíkové pumpy. Rychlost produkce se enormně liší – od subtropických gyrů chudých na živiny až po vysoce produktivní pobřežní upwellingové zóny a polární jarní květy. Realizovanou produkci řídí světlo, živiny, teplota a pastva.

Oceánografové měří primární produkci pomocí inkubací s využitím izotopových stopovačů, sledováním změn kyslíku nebo oxidu uhličitého a pomocí satelitních algoritmů, které spojují barvu oceánu s chlorofylem a produktivitou. Globální oceánská primární produkce se odhaduje na zhruba 50 miliard tun uhlíku ročně, což je srovnatelné s pozemní produkcí. Změny v množství nebo umístění primární produkce mají kaskádovité účinky na rybolov a sekvestraci uhlíku.

Jarní kvetení může během několika dní zdvojnásobit biomasu fytoplanktonu v dané oblasti, když se srovnává světlo a živiny.