Fotosentetik veya kemosentetik organizmalar tarafından inorganik karbondan organik madde sentezi, birincil üretimdir. Okyanusta, fitoplankton tarafından gerçekleştirilen fotosentez birincil üretimin büyük çoğunluğunu oluştururken, kemosentez ise hidrotermal kaynaklarda ve sızıntı bölgelerinde yerel olarak katkıda bulunur.

Birincil üretim, tüm deniz besin zincirini besler ve biyolojik karbon pompası yoluyla atmosferdeki karbondioksit seviyelerini etkiler. Oranlar, besin açısından fakir subtropikal girdaplardan, son derece verimli kıyısal yukarı akıntı bölgelerine ve kutup bahar çiçeklenmelerine kadar büyük ölçüde değişir. Işık, besin maddeleri, sıcaklık ve otlama, gerçekleşen üretimi kontrol eder.

Okyanus bilimciler, izotopik izleyiciler kullanarak yapılan inkübasyonlarla, oksijen veya karbondioksit değişimlerini izleyerek ve okyanus rengini klorofil ve verimlilikle ilişkilendiren uydu algoritmaları aracılığıyla birincil üretimi ölçerler. Küresel okyanus birincil üretiminin yılda yaklaşık 50 milyar ton karbon olduğu tahmin edilmektedir; bu da karasal üretimle karşılaştırılabilir düzeydedir. Birincil üretimin miktarındaki veya konumundaki değişimler, balıkçılık ve karbon tutulumu üzerinde zincirleme etkilere sahiptir.

Bahar aylarındaki çiçeklenme, ışık ve besin maddelerinin bir araya gelmesiyle bir bölgedeki fitoplankton biyokütlesini günler içinde ikiye katlayabilir.