A tengervíz sokkal több, mint só és víz. A kémiai oceanográfusok az oldott elemek, gázok, szerves vegyületek és részecskék teljes körét, valamint az eloszlásukat és átalakulásaikat szabályozó folyamatokat tanulmányozzák.

A főbb témák közé tartozik a karbonátrendszer és az óceánok savasodása, az elsődleges termelést korlátozó tápanyagkörforgás, a nyomelemek elérhetősége és a szennyező anyagok sorsa. Az analitikai módszerek a hajófedélzeti titrálástól és spektrofotometriától a tömegspektrometriáig és az érzékelőkkel felszerelt autonóm platformokig terjednek. Az adatok feltárják, hogy a biológia, a cirkuláció és az emberi beavatkozások hogyan hatnak egymásra az óceánok kémiájának alakításában.

A kémiai oceanográfia alapvető feltételeket biztosít az éghajlati modellekhez, valamint az üledékekben és korallokban rögzített múltbeli óceáni állapotok megértéséhez. Emellett tájékoztatást nyújt a part menti vizek minőségének kezeléséhez és az újonnan felmerülő szennyező anyagok, például a mikroműanyagok és a gyógyszerek értékeléséhez. A biológusokkal, fizikusokkal és geológusokkal való együttműködés rutinszerű, mivel a kémiai mintázatok befolyásolják és tükrözik a fizikai és biológiai folyamatokat.

Egyetlen vízminta több tucat kémiai mérési eredményt hozhat, amelyek együttesen részletesen bemutatják a vízminta történetét.