Η σύνθεση οργανικής ύλης από ανόργανο άνθρακα από φωτοσυνθετικούς ή χημειοσυνθετικούς οργανισμούς αποτελεί πρωτογενή παραγωγή. Στον ωκεανό, η φωτοσύνθεση από το φυτοπλαγκτόν ευθύνεται για το μεγαλύτερο μέρος της πρωτογενούς παραγωγής. Η χημειοσύνθεση συμβάλλει τοπικά σε αεραγωγούς και διαρροές.

Η πρωτογενής παραγωγή τροφοδοτεί ολόκληρο το θαλάσσιο τροφικό πλέγμα και επηρεάζει τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα μέσω της βιολογικής αντλίας άνθρακα. Οι ρυθμοί ποικίλλουν σε τεράστιο βαθμό - από τις υποτροπικές δονήσεις με χαμηλή περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά έως τις εξαιρετικά παραγωγικές παράκτιες ζώνες ανάφλεξης και τις ανθίσεις των πολικών ανοιξιάτικων ρεμάτων. Το φως, τα θρεπτικά συστατικά, η θερμοκρασία και η βόσκηση ελέγχουν την πραγματοποιούμενη παραγωγή.

Οι ωκεανογράφοι μετρούν την πρωτογενή παραγωγή με επωάσεις χρησιμοποιώντας ισοτοπικούς ιχνηθέτες, παρακολουθώντας τις αλλαγές οξυγόνου ή διοξειδίου του άνθρακα και μέσω δορυφορικών αλγορίθμων που συσχετίζουν το χρώμα των ωκεανών με τη χλωροφύλλη και την παραγωγικότητα. Η παγκόσμια πρωτογενής παραγωγή των ωκεανών εκτιμάται σε περίπου 50 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα ετησίως, συγκρίσιμη με την χερσαία παραγωγή. Οι μεταβολές στην ποσότητα ή την τοποθεσία της πρωτογενούς παραγωγής έχουν αλυσιδωτές επιπτώσεις στην αλιεία και τη δέσμευση άνθρακα.

Μια ανοιξιάτικη άνθιση μπορεί να διπλασιάσει τη βιομάζα φυτοπλαγκτού μιας περιοχής μέσα σε λίγες μέρες, όταν το φως και τα θρεπτικά συστατικά ευθυγραμμίζονται.