Os navios concebidos e equipados para a ciência oceanográfica são embarcações de investigação. Transportam guinchos, laboratórios, sistemas acústicos e acomodações necessárias para apoiar equipas de cientistas no mar durante semanas ou meses.

Um navio de investigação típico pode utilizar CTDs (dispositivos de captura de sedimentos), redes, amostradores de solo, veículos autónomos e amarras. Os laboratórios permitem o processamento imediato de amostras para análises químicas, biológicas e geológicas. Os sistemas de posicionamento dinâmico mantêm o navio em posição mesmo em mar agitado. Algumas embarcações são reforçadas para operações em gelo nas regiões polares; outras especializam-se em acústica pesqueira ou levantamentos geofísicos.

Apesar do crescimento das plataformas autónomas, os navios de investigação continuam a ser indispensáveis, uma vez que muitos instrumentos e experiências ainda requerem presença humana e capacidade de carga pesada. Os custos operacionais são elevados, pelo que o tempo de operação dos navios é cuidadosamente alocado através de propostas competitivas. A colaboração internacional divide frequentemente as despesas de grandes expedições a regiões remotas.

A chegada de um navio de investigação a um local raramente visitado marca ainda o início de novas descobertas.