समुद्री जल मात्र नमक और पानी से कहीं अधिक है। रासायनिक समुद्र विज्ञानी इसमें घुले हुए सभी तत्वों, गैसों, कार्बनिक यौगिकों और कणों के साथ-साथ उनके वितरण और रूपांतरण को नियंत्रित करने वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन करते हैं।

प्रमुख विषयों में कार्बोनेट प्रणाली और महासागरीय अम्लीकरण, प्राथमिक उत्पादन को सीमित करने वाले पोषक तत्व चक्र, सूक्ष्म धातुओं की उपलब्धता और प्रदूषकों का भाग्य शामिल हैं। विश्लेषण विधियों में जहाज पर अनुमापन और स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री से लेकर मास स्पेक्ट्रोमेट्री और सेंसर-युक्त स्वायत्त प्लेटफॉर्म तक शामिल हैं। डेटा से पता चलता है कि जीव विज्ञान, परिसंचरण और मानवीय हस्तक्षेप किस प्रकार परस्पर क्रिया करके महासागरीय रसायन को आकार देते हैं।

रासायनिक समुद्र विज्ञान जलवायु मॉडलों के लिए और तलछटों और प्रवाल भित्तियों में दर्ज अतीत की समुद्री स्थितियों को समझने के लिए आवश्यक आधारभूत जानकारी प्रदान करता है। यह तटीय जल गुणवत्ता प्रबंधन और सूक्ष्म प्लास्टिक और औषधियों जैसे उभरते प्रदूषकों के आकलन में भी सहायक है। जीवविज्ञानी, भौतिकविज्ञानी और भूविज्ञानी के साथ सहयोग नियमित है क्योंकि रासायनिक पैटर्न भौतिक और जैविक प्रक्रियाओं को प्रभावित करते हैं और प्रतिबिंबित भी करते हैं।

पानी के एक नमूने से दर्जनों रासायनिक माप प्राप्त किए जा सकते हैं जो मिलकर उसके इतिहास की विस्तृत कहानी बयां करते हैं।