Les satellites et les aéronefs peuvent mesurer les propriétés des océans à distance en détectant le rayonnement électromagnétique réfléchi, émis ou rétrodiffusé. Cet ensemble de techniques constitue la télédétection. Elle offre une couverture synoptique et répétée que les observations in situ seules ne peuvent fournir.

Les capteurs de couleur de l'océan estiment la concentration de chlorophylle et d'autres constituants ; les radiomètres infrarouges et micro-ondes mesurent la température de surface de la mer ; les altimètres mesurent la hauteur de la surface de la mer et permettent d'en déduire les courants et la hauteur des vagues ; les diffusiomètres mesurent la vitesse et la direction du vent. Le radar à synthèse d'ouverture détecte la rugosité de la surface, les nappes de pétrole et la glace de mer. Chaque type de capteur possède une résolution, une précision et une sensibilité aux nuages ​​ou autres interférences qui lui sont propres.

La télédétection a transformé l'océanographie en révélant les configurations à l'échelle des bassins et les tendances à long terme. Elle exige un étalonnage précis à partir de données in situ et des algorithmes sophistiqués pour convertir les rayonnements en variables géophysiques. Associée à des modèles et à des plateformes autonomes, la télédétection satellitaire constitue l'épine dorsale de l'observation moderne des océans.

Un seul passage de satellite permet de cartographier les conditions météorologiques sur l'ensemble d'un bassin océanique en quelques minutes.