Studiul proprietăților fizice ale oceanului și al proceselor care îi guvernează mișcarea este oceanografia fizică. Aceasta cuprinde curenții, valurile, mareele, turbulențele, distribuția temperaturii și salinității, precum și schimbul de căldură și impuls cu atmosfera.

Oceanografii fizicieni folosesc o combinație de teorie, observații și modele numerice. Observațiile provin de la sateliți, plutitoare Argo, puncte de ancorare, nave de cercetare și radare de coastă. Obiectivele includ înțelegerea factorilor care determină circulația oceanului, modul în care căldura este transportată spre poli, cum are loc amestecarea pe suprafețe dense și cum va reacționa oceanul la o climă în schimbare.

Descoperirile oceanografiei fizice stau la baza predicțiilor meteorologice și climatice, operațiunilor de căutare și salvare și proiectării structurilor offshore. Disciplina are legături strânse cu știința atmosferică, deoarece oceanul și atmosfera formează un sistem cuplat. Progresele în domeniul calculului și al observării autonome au accelerat progresul, însă întrebările fundamentale despre amestecare, procesele la scară mică și predictibilitatea pe termen lung rămân subiecte de cercetare active.

O imagine bine rezolvată a oceanului fizic este fundamentul pe care se construiește înțelegerea chimică și biologică.