Studi tentang sifat fisik laut dan proses yang mengatur pergerakannya disebut oseanografi fisik. Bidang ini mencakup arus, gelombang, pasang surut, turbulensi, distribusi suhu dan salinitas, serta pertukaran panas dan momentum dengan atmosfer.

Ahli oseanografi fisik menggunakan perpaduan teori, observasi, dan model numerik. Observasi berasal dari satelit, pelampung Argo, tambatan, kapal penelitian, dan radar pantai. Tujuannya meliputi pemahaman tentang apa yang menentukan sirkulasi laut, bagaimana panas diangkut ke arah kutub, bagaimana pencampuran terjadi di permukaan densitas, dan bagaimana laut akan merespons perubahan iklim.

Temuan dari oseanografi fisik menjadi dasar prediksi cuaca dan iklim, operasi pencarian dan penyelamatan, serta desain struktur lepas pantai. Disiplin ilmu ini memiliki hubungan erat dengan ilmu atmosfer, karena laut dan atmosfer membentuk sistem yang saling terkait. Kemajuan dalam komputasi dan pengamatan otonom telah mempercepat kemajuan, namun pertanyaan mendasar tentang pencampuran, proses skala kecil, dan prediktabilitas jangka panjang tetap menjadi topik penelitian yang aktif.

Gambaran yang jelas dan terperinci tentang kondisi fisik lautan adalah fondasi yang mendasari pemahaman kimia dan biologi.