Les programmes informatiques qui résolvent les équations de la dynamique des fluides et de la thermodynamique océanique sont appelés modèles océaniques. Ils vont des modèles de processus idéalisés aux modèles de circulation générale globaux couplés à l'atmosphère et à la glace pour la simulation climatique.

Les modèles divisent l'océan en une grille tridimensionnelle et effectuent des simulations temporelles, calculant la vitesse, la température, la salinité et souvent des traceurs biogéochimiques. La résolution détermine les structures pouvant être représentées explicitement ; les tourbillons, par exemple, nécessitent un espacement de grille d'environ 10 kilomètres, voire plus fin. Les processus à l'échelle sous-maille, tels que le mélange, sont paramétrés.

Les modèles océaniques servent à interpréter les observations, à tester des hypothèses, à prévoir les conditions saisonnières et à projeter la réponse de l'océan au forçage radiatif des gaz à effet de serre. Ils sont évalués à l'aide de données satellitaires, de profils Argo et de mesures effectuées à bord de navires. L'amélioration continue de la résolution, de la physique des phénomènes et de l'assimilation des données a fait de ces modèles des outils indispensables en océanographie, tant en recherche qu'en opération.

Un modèle global exécuté à haute résolution nécessite toujours d'importantes ressources de supercalcul et une validation rigoureuse.