В освещенных солнцем верхних слоях океана микроскопические водоросли и более крупные морские растения улавливают световую энергию и преобразуют углекислый газ и воду в органические вещества и кислород. Этот процесс — фотосинтез — лежит в основе почти всех морских пищевых цепей и обеспечивает значительную часть кислорода в атмосфере Земли.

Фитопланктон осуществляет основную часть фотосинтеза в океане. Его продуктивность ограничена светом, уровень которого снижается с глубиной, а также питательными веществами, такими как азот, фосфор и железо. Глубина, на которой фотосинтез уравновешивает дыхание, называется компенсационной глубиной; ниже неё чистый рост невозможен. Сезонные и региональные колебания уровня света и питательных веществ создают знакомые закономерности весеннего цветения и олиготрофных субтропических пустынь.

Измерение фотосинтеза включает инкубацию в бутылках, флуоресцентные методы и спутниковые оценки содержания хлорофилла. Образующийся органический углерод либо питает пищевую цепь, либо выделяется в результате дыхания в верхних слоях океана, либо опускается в глубины океана в рамках биологического углеродного насоса. Изменения температуры, стратификации и поступления питательных веществ уже меняют характер первичной продуктивности морской среды.

• Преобразование световой энергии в органическое вещество
• Осуществляется преимущественно фитопланктоном в океане.
• Основа морских пищевых цепей и источник кислорода
• Ограниченность по свету и питательным веществам.