Το θαλασσινό νερό είναι κάτι πολύ περισσότερο από αλάτι και νερό. Οι χημικοί ωκεανογράφοι μελετούν ολόκληρη τη σειρά των διαλυμένων στοιχείων, αερίων, οργανικών ενώσεων και σωματιδίων, καθώς και τις διεργασίες που ελέγχουν την κατανομή και τους μετασχηματισμούς τους.

Βασικά θέματα περιλαμβάνουν το ανθρακικό σύστημα και την οξίνιση των ωκεανών, τους κύκλους θρεπτικών συστατικών που περιορίζουν την πρωτογενή παραγωγή, τη διαθεσιμότητα ιχνοστοιχείων και την τύχη των ρύπων. Οι αναλυτικές μέθοδοι κυμαίνονται από την ογκομέτρηση σε πλοία και τη φασματοφωτομετρία έως τη φασματομετρία μάζας και τις αυτόνομες πλατφόρμες εξοπλισμένες με αισθητήρες. Τα δεδομένα αποκαλύπτουν πώς η βιολογία, η κυκλοφορία και οι ανθρώπινες εισροές αλληλεπιδρούν για να διαμορφώσουν τη χημεία των ωκεανών.

Η χημική ωκεανογραφία παρέχει ουσιώδεις περιορισμούς για τα κλιματικά μοντέλα και για την κατανόηση των παρελθοντικών συνθηκών των ωκεανών που καταγράφηκαν σε ιζήματα και κοράλλια. Επίσης, ενημερώνει για τη διαχείριση της ποιότητας των παράκτιων υδάτων και την αξιολόγηση των αναδυόμενων ρύπων, όπως τα μικροπλαστικά και τα φαρμακευτικά προϊόντα. Η συνεργασία με βιολόγους, φυσικούς και γεωλόγους είναι συνήθης, επειδή τα χημικά πρότυπα επηρεάζουν και αντανακλούν τόσο τις φυσικές όσο και τις βιολογικές διεργασίες.

Ένα μόνο δείγμα νερού μπορεί να αποδώσει δεκάδες χημικές μετρήσεις που μαζί αφηγούνται μια λεπτομερή ιστορία της ιστορίας του.