Okyanusun fiziksel özelliklerinin ve hareketini yöneten süreçlerin incelenmesine fiziksel okyanus bilimi denir. Bu bilim dalı, akıntıları, dalgaları, gelgitleri, türbülansı, sıcaklık ve tuzluluk dağılımını ve atmosferle ısı ve momentum alışverişini kapsar.

Fiziksel okyanus bilimciler teori, gözlemler ve sayısal modellerin bir karışımını kullanırlar. Gözlemler uydulardan, Argo şamandıralarından, demirleme noktalarından, araştırma gemilerinden ve kıyı radarlarından elde edilir. Amaçlar arasında okyanusun dolaşımını neyin belirlediğini, ısının kutuplara nasıl taşındığını, yoğunluk yüzeyleri boyunca karışımın nasıl gerçekleştiğini ve okyanusun değişen iklime nasıl tepki vereceğini anlamak yer alır.

Fiziksel oşinografiden elde edilen bulgular, hava ve iklim tahminlerini, arama kurtarma operasyonlarını ve açık deniz yapılarının tasarımını desteklemektedir. Okyanus ve atmosferin birbirine bağlı bir sistem oluşturması nedeniyle, bu disiplin atmosfer bilimiyle yakın bağlara sahiptir. Bilgisayar teknolojisindeki ve otonom gözlemdeki gelişmeler ilerlemeyi hızlandırmış olsa da, karışım, küçük ölçekli süreçler ve uzun vadeli tahmin edilebilirlik hakkındaki temel sorular aktif araştırma konuları olmaya devam etmektedir.

Okyanusun fiziksel yapısının net bir şekilde ortaya konması, kimyasal ve biyolojik anlayışın temelini oluşturur.