Các chương trình máy tính giải các phương trình chuyển động chất lỏng và nhiệt động lực học của đại dương được gọi là mô hình đại dương. Chúng bao gồm từ các mô hình quá trình lý tưởng đến các mô hình tuần hoàn tổng quát toàn cầu kết hợp với khí quyển và băng để mô phỏng khí hậu.

Các mô hình chia đại dương thành một lưới ba chiều và tiến về phía trước theo thời gian, tính toán vận tốc, nhiệt độ, độ mặn và thường cả các chất chỉ thị sinh hóa. Độ phân giải xác định các đặc điểm nào có thể được biểu diễn rõ ràng; ví dụ, các xoáy nước yêu cầu khoảng cách lưới khoảng 10 km hoặc nhỏ hơn. Các quá trình ở quy mô dưới lưới như sự trộn lẫn được tham số hóa.

Các mô hình đại dương được sử dụng để diễn giải các quan sát, kiểm tra giả thuyết, dự báo các điều kiện theo mùa và dự đoán phản ứng của đại dương đối với tác động của khí nhà kính. Chúng được đánh giá dựa trên dữ liệu vệ tinh, hồ sơ Argo và các phép đo từ tàu. Sự cải tiến liên tục về độ phân giải, vật lý và khả năng tích hợp dữ liệu đã làm cho các mô hình trở thành công cụ không thể thiếu trong cả nghiên cứu và hải dương học ứng dụng.

Việc chạy mô hình toàn cầu ở độ phân giải cao vẫn đòi hỏi nguồn lực siêu máy tính khổng lồ và quá trình xác thực cẩn thận.