海洋の物理的性質と、その運動を支配する過程を研究する学問は、物理海洋学である。物理海洋学は、海流、波、潮汐、乱流、水温と塩分の分布、そして大気との熱と運動量の交換といった現象を網羅する。

物理海洋学者は、理論、観測、数値モデルを組み合わせて研究を行います。観測データは、人工衛星、アルゴフロート、係留装置、調査船、沿岸レーダーなどから得られます。研究目標には、海洋循環の仕組み、熱が極方向へどのように輸送されるか、密度面を横切る混合の仕組み、そして気候変動に対して海洋がどのように反応するかを理解することが含まれます。

物理海洋学の知見は、気象・気候予測、捜索救助活動、海洋構造物の設計の基礎となっている。海洋と大気は連動したシステムを形成するため、この分野は大気科学と密接な関係にある。コンピューティングと自律観測の進歩により研究は加速しているものの、混合、小規模プロセス、長期予測可能性に関する根本的な疑問は依然として活発な研究テーマとなっている。

海洋の物理的な状態を高解像度で把握することは、化学的および生物学的理解の基礎となる。