Первичная продукция — это синтез органического вещества из неорганического углерода фотосинтезирующими или хемосинтетическими организмами. В океане фотосинтез фитопланктона составляет подавляющее большинство первичной продукции; хемосинтез вносит локальный вклад в гидротермальных источниках и местах выхода органических веществ.

Первичная продукция питает всю морскую пищевую цепь и влияет на уровень углекислого газа в атмосфере посредством биологического углеродного насоса. Темпы её развития сильно различаются — от бедных питательными веществами субтропических круговоротов до высокопродуктивных прибрежных зон апвеллинга и весенних полярных цветений водорослей. Реализованная продукция контролируется светом, питательными веществами, температурой и выпасом.

Океанографы измеряют первичную продукцию с помощью инкубаций с использованием изотопных трассеров, отслеживая изменения содержания кислорода или углекислого газа, а также с помощью спутниковых алгоритмов, которые связывают цвет океана с хлорофиллом и продуктивностью. Глобальная первичная продукция океана оценивается примерно в 50 миллиардов тонн углерода в год, что сопоставимо с продукцией на суше. Изменения в количестве или местоположении первичной продукции имеют каскадные последствия для рыболовства и поглощения углерода.

Весеннее цветение фитопланктона может за несколько дней удвоить его биомассу в регионе, если соотношение света и питательных веществ совпадает.