Syntesen av organisk materiale fra uorganisk karbon av fotosyntetiske eller kjemosyntetiske organismer er primærproduksjon. I havet står fotosyntese av planteplankton for det store flertallet av primærproduksjonen; kjemosyntese bidrar lokalt ved åpninger og siver.

Primærproduksjonen driver hele det marine næringsnettet og påvirker atmosfæriske karbondioksidnivåer gjennom den biologiske karbonpumpen. Hastene varierer enormt – fra de næringsfattige subtropiske svingningene til de svært produktive kystnære oppstrømningssonene og polare vårblomstringer. Lys, næringsstoffer, temperatur og beiting kontrollerer den realiserte produksjonen.

Oseanografer måler primærproduksjon med inkubasjoner ved hjelp av isotopiske sporstoffer, ved å spore endringer i oksygen eller karbondioksid, og gjennom satellittalgoritmer som relaterer havets farge til klorofyll og produktivitet. Global oseanisk primærproduksjon er anslått til omtrent 50 milliarder tonn karbon per år, sammenlignbar med terrestrisk produksjon. Endringer i mengden eller plasseringen av primærproduksjon har kaskadeeffekter på fiskerier og karbonbinding.

En våroppblomstring kan doble planteplanktonbiomassen i en region i løpet av dager når lys og næringsstoffer stemmer overens.