O estudo das propriedades físicas do oceano e dos processos que regem o seu movimento é a oceanografia física. Abrange as correntes, as ondas, as marés, a turbulência, a distribuição da temperatura e da salinidade e a troca de calor e quantidade de movimento com a atmosfera.

Os oceanógrafos físicos utilizam uma combinação de teoria, observações e modelos numéricos. As observações provêm de satélites, bóias Argo, amarras, navios de investigação e radares costeiros. Os objetivos incluem compreender o que determina a circulação oceânica, como o calor é transportado em direção aos polos, como ocorre a mistura nas superfícies de densidade e como o oceano responderá às alterações climáticas.

As descobertas da oceanografia física fundamentam a previsão do tempo e do clima, as operações de busca e salvamento e o projeto de estruturas offshore. A disciplina tem fortes laços com a ciência atmosférica, uma vez que o oceano e a atmosfera formam um sistema acoplado. Os avanços na computação e na observação autónoma aceleraram o progresso, mas as questões fundamentais sobre a mistura, os processos de pequena escala e a previsibilidade a longo prazo continuam a ser tópicos de investigação activos.

Uma imagem bem definida do oceano físico é a base sobre a qual se constrói o conhecimento químico e biológico.