Deniz suyu, tuz ve sudan çok daha fazlasıdır. Kimyasal okyanus bilimciler, çözünmüş elementlerin, gazların, organik bileşiklerin ve parçacıkların tamamını ve bunların dağılımlarını ve dönüşümlerini kontrol eden süreçleri incelerler.

Başlıca konular arasında karbonat sistemi ve okyanus asitlenmesi, birincil üretimi sınırlayan besin döngüleri, eser metal bulunabilirliği ve kirleticilerin akıbeti yer almaktadır. Analitik yöntemler, gemi tabanlı titrasyon ve spektrofotometriden kütle spektrometrisine ve sensör donanımlı otonom platformlara kadar uzanmaktadır. Veriler, biyoloji, dolaşım ve insan girdilerinin okyanus kimyasını şekillendirmek için nasıl etkileşimde bulunduğunu ortaya koymaktadır.

Kimyasal oşinografi, iklim modelleri için ve tortularda ve mercanlarda kaydedilen geçmiş okyanus koşullarını anlamak için gerekli kısıtlamaları sağlar. Ayrıca kıyı sularının kalitesinin yönetimine ve mikroplastikler ve ilaçlar gibi yeni ortaya çıkan kirleticilerin değerlendirilmesine de katkıda bulunur. Kimyasal desenler hem fiziksel hem de biyolojik süreçleri etkilediği ve yansıttığı için biyologlar, fizikçiler ve jeologlarla işbirliği rutin bir uygulamadır.

Tek bir su örneği, birlikte ele alındığında tarihçesinin ayrıntılı bir öyküsünü anlatan düzinelerce kimyasal ölçüm sağlayabilir.