光合成生物または化学合成生物による無機炭素からの有機物の合成は、一次生産である。海洋では、植物プランクトンによる光合成が一次生産の大部分を占め、化学合成は熱水噴出孔や湧水域で局所的に寄与する。

一次生産は海洋食物連鎖全体を支え、生物学的炭素ポンプを通じて大気中の二酸化炭素濃度に影響を与える。その生産速度は、栄養分の乏しい亜熱帯環流から、生産性の高い沿岸湧昇域や極地の春季ブルームまで、大きく異なる。光、栄養分、水温、そして摂食行動が、実際の生産量を左右する。

海洋学者は、同位体トレーサーを用いた培養実験、酸素や二酸化炭素の変化の追跡、そして海洋の色とクロロフィルおよび生産性を関連付ける衛星アルゴリズムなどを用いて、一次生産量を測定している。世界の海洋一次生産量は年間約500億トンの炭素と推定されており、陸上生産量に匹敵する。一次生産量や生産場所の変化は、漁業や炭素隔離に連鎖的な影響を及ぼす。

春のプランクトンの大発生は、光と栄養分が揃うと、数日のうちにその地域の植物プランクトンのバイオマスを倍増させる可能性がある。