Vệ tinh và máy bay có thể đo các đặc tính của đại dương từ xa bằng cách phát hiện bức xạ điện từ phản xạ, phát ra hoặc tán xạ ngược. Tập hợp các kỹ thuật này được gọi là viễn thám. Nó cung cấp phạm vi bao phủ toàn diện và lặp đi lặp lại mà các quan sát tại chỗ đơn thuần không thể đạt được.

Các cảm biến màu sắc đại dương ước tính hàm lượng chất diệp lục và các thành phần khác; máy đo bức xạ hồng ngoại và vi sóng đo nhiệt độ bề mặt biển; máy đo độ cao đo độ cao bề mặt biển và suy ra dòng chảy và chiều cao sóng; máy đo tán xạ đo tốc độ và hướng gió. Radar khẩu độ tổng hợp phát hiện độ nhám bề mặt, vệt dầu loang và băng biển. Mỗi loại cảm biến đều có độ phân giải, độ chính xác và khả năng chịu ảnh hưởng bởi mây hoặc các nhiễu khác đặc trưng riêng.

Viễn thám đã làm thay đổi ngành hải dương học bằng cách hé lộ các mô hình quy mô lưu vực và xu hướng dài hạn. Nó đòi hỏi sự hiệu chỉnh cẩn thận dựa trên dữ liệu tại chỗ và các thuật toán phức tạp để chuyển đổi bức xạ thành các biến địa vật lý. Kết hợp với các mô hình và nền tảng tự động, viễn thám vệ tinh tạo thành xương sống của việc quan sát đại dương hiện đại.

Chỉ một lần vệ tinh bay qua có thể lập bản đồ điều kiện trên toàn bộ lưu vực đại dương trong vài phút.