Az óceán fizikai tulajdonságainak és mozgását szabályozó folyamatoknak a tanulmányozása a fizikai oceanográfia. Magában foglalja az áramlatokat, hullámokat, árapályokat, turbulenciát, a hőmérséklet és a sótartalom eloszlását, valamint a hő és az impulzus cseréjét a légkörrel.

A fizikai oceanográfusok az elmélet, a megfigyelések és a numerikus modellek keverékét használják. A megfigyelések műholdakról, Argo úszókról, kikötőhelyekről, kutatóhajókról és part menti radarokról származnak. A célok közé tartozik annak megértése, hogy mi határozza meg az óceán cirkulációját, hogyan szállítódik a hő a sarkok felé, hogyan történik a keveredés a sűrűségű felületeken, és hogyan reagál az óceán a változó éghajlatra.

A fizikai oceanográfia eredményei megalapozzák az időjárás- és éghajlat-előrejelzést, a kutató-mentő műveleteket, valamint a tengeri szerkezetek tervezését. A tudományág szoros kapcsolatban áll a légkörtudományokkal, mivel az óceán és a légkör egy összekapcsolt rendszert alkot. A számítástechnika és az autonóm megfigyelés fejlődése felgyorsította a fejlődést, de a keveredéssel, a kisléptékű folyamatokkal és a hosszú távú kiszámíthatósággal kapcsolatos alapvető kérdések továbbra is aktív kutatási témák.

A fizikai óceán jól felbontott képe az alapja, amelyre a kémiai és biológiai megértés épül.