Οι δορυφόροι και τα αεροσκάφη μπορούν να μετρήσουν τις ιδιότητες των ωκεανών από μακριά ανιχνεύοντας ανακλώμενη, εκπεμπόμενη ή οπισθοσκεδαζόμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτή η σειρά τεχνικών είναι η τηλεπισκόπηση. Παρέχει τη συνοπτική, επαναλαμβανόμενη κάλυψη που δεν μπορούν να επιτύχουν μόνο οι επιτόπιες παρατηρήσεις.

Οι αισθητήρες χρώματος των ωκεανών εκτιμούν τη χλωροφύλλη και άλλα συστατικά. Τα υπέρυθρα και τα μικροκυματικά ραδιόμετρα μετρούν τη θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας. Τα υψόμετρα μετρούν το ύψος της επιφάνειας της θάλασσας και υπολογίζουν τα ρεύματα και το ύψος των κυμάτων. Τα σκέδαστρα μετρούν την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου. Το συνθετικό ραντάρ διαφράγματος ανιχνεύει την τραχύτητα της επιφάνειας, τις πετρελαιοκηλίδες και τον θαλάσσιο πάγο. Κάθε τύπος αισθητήρα έχει χαρακτηριστική ανάλυση, ακρίβεια και ευαισθησία σε σύννεφα ή άλλες παρεμβολές.

Η τηλεπισκόπηση έχει μεταμορφώσει την ωκεανογραφία αποκαλύπτοντας μοτίβα σε κλίμακα λεκάνης απορροής και μακροπρόθεσμες τάσεις. Απαιτεί προσεκτική βαθμονόμηση με βάση δεδομένα επί τόπου και εξελιγμένους αλγόριθμους για τη μετατροπή των ακτινοβολιών σε γεωφυσικές μεταβλητές. Σε συνδυασμό με μοντέλα και αυτόνομες πλατφόρμες, η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί τη ραχοκοκαλιά της σύγχρονης παρατήρησης των ωκεανών.

Ένα μόνο πέρασμα από δορυφόρο μπορεί να χαρτογραφήσει τις συνθήκες σε ολόκληρη τη λεκάνη του ωκεανού μέσα σε λίγα λεπτά.