Studiet av havets fysikaliska egenskaper och de processer som styr dess rörelse kallas fysisk oceanografi. Det omfattar strömmar, vågor, tidvatten, turbulens, temperatur- och saltfördelning samt utbyte av värme och rörelsemängd med atmosfären.

Fysiska oceanografer använder en blandning av teori, observationer och numeriska modeller. Observationerna kommer från satelliter, Argo-flottlar, förtöjningsplatser, forskningsfartyg och kustradarer. Målen inkluderar att förstå vad som styr havets cirkulation, hur värme transporteras mot polerna, hur blandning sker över täta ytor och hur havet kommer att reagera på ett förändrat klimat.

Resultat från fysisk oceanografi ligger till grund för väder- och klimatprognoser, sök- och räddningsinsatser och design av offshore-strukturer. Disciplinen har nära kopplingar till atmosfärsvetenskap, eftersom havet och atmosfären bildar ett kopplat system. Framsteg inom datoranvändning och autonom observation har accelererat framstegen, men grundläggande frågor om blandning, småskaliga processer och långsiktig förutsägbarhet är fortfarande aktiva forskningsämnen.

En välupplöst bild av det fysiska havet är grunden för vilken kemisk och biologisk förståelse bygger.