Nước biển không chỉ đơn thuần là muối và nước. Các nhà hải dương học hóa học nghiên cứu toàn bộ các nguyên tố hòa tan, khí, hợp chất hữu cơ và các hạt, cũng như các quá trình kiểm soát sự phân bố và biến đổi của chúng.

Các chủ đề chính bao gồm hệ thống cacbonat và sự axit hóa đại dương, chu trình dinh dưỡng hạn chế sản xuất sơ cấp, sự sẵn có của kim loại vi lượng và số phận của các chất gây ô nhiễm. Các phương pháp phân tích đa dạng, từ chuẩn độ trên tàu và đo quang phổ đến đo phổ khối lượng và các nền tảng tự hành được trang bị cảm biến. Dữ liệu cho thấy sinh học, sự tuần hoàn và các tác động của con người tương tác như thế nào để định hình thành hóa học đại dương.

Hải dương học hóa học cung cấp những ràng buộc thiết yếu cho các mô hình khí hậu và để hiểu các điều kiện đại dương trong quá khứ được ghi lại trong trầm tích và san hô. Nó cũng cung cấp thông tin cho việc quản lý chất lượng nước ven biển và đánh giá các chất gây ô nhiễm mới nổi như vi nhựa và dược phẩm. Việc hợp tác với các nhà sinh học, vật lý và địa chất là thường xuyên vì các mô hình hóa học vừa ảnh hưởng vừa phản ánh các quá trình vật lý và sinh học.

Chỉ một mẫu nước duy nhất có thể cung cấp hàng chục phép đo hóa học, cùng nhau hé lộ chi tiết về lịch sử của nó.