प्रकाश संश्लेषी या रसायन संश्लेषी जीवों द्वारा अकार्बनिक कार्बन से कार्बनिक पदार्थ का संश्लेषण प्राथमिक उत्पादन कहलाता है। महासागर में, फाइटोप्लांकटन द्वारा प्रकाश संश्लेषण प्राथमिक उत्पादन का अधिकांश भाग होता है; रसायन संश्लेषण स्थानीय स्तर पर जल स्रोतों और रिसावों पर योगदान देता है।

प्राथमिक उत्पादन संपूर्ण समुद्री खाद्य श्रृंखला को ऊर्जा प्रदान करता है और जैविक कार्बन पंप के माध्यम से वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर को प्रभावित करता है। पोषक तत्वों की कमी वाले उपोष्णकटिबंधीय चक्रों से लेकर अत्यधिक उत्पादक तटीय उत्प्रवाह क्षेत्रों और ध्रुवीय वसंतकालीन प्रस्फुटन तक, उत्पादन की दरें अत्यधिक भिन्न होती हैं। प्रकाश, पोषक तत्व, तापमान और चराई वास्तविक उत्पादन को नियंत्रित करते हैं।

समुद्र विज्ञानी समस्थानिक ट्रेसरों का उपयोग करके ऊष्मायन विधियों द्वारा, ऑक्सीजन या कार्बन डाइऑक्साइड में होने वाले परिवर्तनों पर नज़र रखकर, और उपग्रह एल्गोरिदम के माध्यम से प्राथमिक उत्पादन का मापन करते हैं जो समुद्र के रंग को क्लोरोफिल और उत्पादकता से जोड़ते हैं। वैश्विक समुद्री प्राथमिक उत्पादन का अनुमान लगभग 50 अरब टन कार्बन प्रति वर्ष है, जो स्थलीय उत्पादन के बराबर है। प्राथमिक उत्पादन की मात्रा या स्थान में परिवर्तन का मत्स्य पालन और कार्बन पृथक्करण पर व्यापक प्रभाव पड़ता है।

जब प्रकाश और पोषक तत्व अनुकूल स्थिति में होते हैं, तो वसंत ऋतु में होने वाली वृद्धि किसी क्षेत्र के फाइटोप्लांकटन बायोमास को कुछ ही दिनों में दोगुना कर सकती है।