L'eau qui remplit l'océan est l'eau de mer, une solution complexe composée d'eau, de sels dissous, de gaz, de composés organiques et de particules en suspension. Les ions dominants sont le chlorure, le sodium, le sulfate, le magnésium, le calcium et le potassium, qui, ensemble, sont responsables de la majeure partie de la salinité.

Les propriétés physiques de l'eau de mer (densité, point de congélation, capacité thermique et vitesse du son) diffèrent de celles de l'eau pure en raison de sa teneur en substances dissoutes. Ces propriétés régissent la circulation, les interactions climatiques et la propagation des signaux acoustiques. Les propriétés chimiques, notamment le pH et le système des carbonates, déterminent la solubilité des minéraux ainsi que la disponibilité des nutriments et des toxines.

Bien que les principaux ions soient présents en proportions quasi constantes, les concentrations de nutriments, de métaux traces et de gaz varient considérablement selon la profondeur, le lieu et l'activité biologique. La compréhension de la chimie et de la physique de l'eau de mer est fondamentale pour toutes les branches de l'océanographie. L'eau de mer standard est utilisée dans le monde entier pour calibrer les mesures de salinité.

Un seul kilogramme d'eau de mer typique contient environ 35 grammes de sels dissous.