Studiet af havets fysiske egenskaber og de processer, der styrer dets bevægelse, kaldes fysisk oceanografi. Det omfatter strømninger, bølger, tidevand, turbulens, fordeling af temperatur og saltindhold samt udveksling af varme og momentum med atmosfæren.

Fysiske oceanografer bruger en blanding af teori, observationer og numeriske modeller. Observationerne kommer fra satellitter, Argo-flåd, fortøjninger, forskningsskibe og kystradarer. Målene omfatter at forstå, hvad der bestemmer havets cirkulation, hvordan varme transporteres mod polerne, hvordan blanding sker på tværs af tæthedsoverflader, og hvordan havet vil reagere på et klima i forandring.

Resultater fra fysisk oceanografi understøtter vejr- og klimaforudsigelser, eftersøgnings- og redningsaktioner og design af offshore-strukturer. Disciplinen har tætte forbindelser til atmosfærisk videnskab, fordi havet og atmosfæren danner et koblet system. Fremskridt inden for datalogi og autonom observation har accelereret fremskridtene, men grundlæggende spørgsmål om blanding, småskalaprocesser og langsigtet forudsigelighed er fortsat aktive forskningsemner.

Et velopløst billede af det fysiske hav er fundamentet for den kemiske og biologiske forståelse.