El estudio de las propiedades físicas del océano y los procesos que rigen su movimiento se denomina oceanografía física. Abarca las corrientes, las olas, las mareas, la turbulencia, la distribución de la temperatura y la salinidad, y el intercambio de calor y momento con la atmósfera.

Los oceanógrafos físicos utilizan una combinación de teoría, observaciones y modelos numéricos. Las observaciones provienen de satélites, boyas Argo, amarres, buques de investigación y radares costeros. Los objetivos incluyen comprender qué determina la circulación oceánica, cómo se transporta el calor hacia los polos, cómo se produce la mezcla a través de las superficies de densidad y cómo responderá el océano a un clima cambiante.

Los hallazgos de la oceanografía física son fundamentales para la predicción meteorológica y climática, las operaciones de búsqueda y rescate, y el diseño de estructuras marinas. Esta disciplina está estrechamente vinculada a la ciencia atmosférica, ya que el océano y la atmósfera forman un sistema acoplado. Los avances en computación y observación autónoma han acelerado el progreso, pero las cuestiones fundamentales sobre la mezcla, los procesos a pequeña escala y la predictibilidad a largo plazo siguen siendo temas de investigación activos.

Una imagen bien definida del océano físico es la base sobre la que se construye el conocimiento químico y biológico.