Dans la couche supérieure des océans, éclairée par le soleil, des algues microscopiques et des algues plus grandes captent l'énergie lumineuse et transforment le dioxyde de carbone et l'eau en matière organique et en oxygène. Ce processus, la photosynthèse, constitue la base de la quasi-totalité des réseaux trophiques marins et fournit une part importante de l'oxygène présent dans l'atmosphère terrestre.

Le phytoplancton assure la majeure partie de la photosynthèse océanique. Sa productivité est limitée par la lumière, qui diminue avec la profondeur, et par des nutriments tels que l'azote, le phosphore et le fer. La profondeur à laquelle la photosynthèse équilibre la respiration est appelée profondeur de compensation ; en dessous, la croissance nette ne peut se maintenir. Les variations saisonnières et régionales de la lumière et des nutriments sont à l'origine des phénomènes caractéristiques des efflorescences printanières et des déserts subtropicaux oligotrophes.

La mesure de la photosynthèse repose sur des incubations en flacons, des techniques de fluorescence et des estimations satellitaires de la chlorophylle. Le carbone organique produit alimente la chaîne alimentaire, est respiré dans les eaux de surface ou s'enfonce dans les profondeurs océaniques dans le cadre de la pompe biologique de carbone. Les variations de température, de stratification et d'apport en nutriments modifient déjà les schémas de production primaire marine.

• Conversion de l'énergie lumineuse en matière organique
• Effectuée principalement par le phytoplancton dans l'océan
• Base des réseaux trophiques marins et source d'oxygène
• Limité par la lumière et les nutriments