Ở tầng nước mặt được chiếu sáng bởi mặt trời, tảo hiển vi và các loại rong biển lớn hơn hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển hóa carbon dioxide và nước thành chất hữu cơ và oxy. Quá trình này—quang hợp—tạo thành nền tảng của hầu hết các chuỗi thức ăn biển và cung cấp một phần đáng kể lượng oxy trong khí quyển Trái đất.

Thực vật phù du thực hiện phần lớn quá trình quang hợp trong đại dương. Năng suất của chúng bị giới hạn bởi ánh sáng, vốn giảm dần theo độ sâu, và bởi các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và sắt. Độ sâu mà tại đó quá trình quang hợp cân bằng với hô hấp được gọi là độ sâu bù; dưới độ sâu này, sự tăng trưởng ròng không thể duy trì được. Sự biến đổi theo mùa và theo vùng về ánh sáng và chất dinh dưỡng tạo ra các mô hình quen thuộc của hiện tượng nở hoa mùa xuân và các vùng sa mạc cận nhiệt đới nghèo dinh dưỡng.

Việc đo lường quá trình quang hợp bao gồm ủ mẫu trong chai, kỹ thuật huỳnh quang và ước tính hàm lượng diệp lục từ vệ tinh. Lượng carbon hữu cơ được tạo ra hoặc cung cấp năng lượng cho chuỗi thức ăn, hoặc được hô hấp ở tầng nước mặt đại dương, hoặc chìm xuống đáy đại dương như một phần của quá trình bơm carbon sinh học. Sự thay đổi về nhiệt độ, phân tầng và nguồn cung cấp chất dinh dưỡng đang làm thay đổi các mô hình sản xuất sơ cấp ở biển.

• Chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành chất hữu cơ
• Quá trình này chủ yếu được thực hiện bởi thực vật phù du trong đại dương.
• Là nền tảng của chuỗi thức ăn biển và nguồn cung cấp oxy.
• Bị hạn chế bởi ánh sáng và chất dinh dưỡng