Nước lấp đầy đại dương là nước biển—một dung dịch phức tạp gồm nước, muối hòa tan, khí, hợp chất hữu cơ và các hạt lơ lửng. Các ion chiếm ưu thế là clorua, natri, sulfat, magiê, canxi và kali, cùng nhau tạo nên phần lớn độ mặn.

Các đặc tính vật lý của nước biển—mật độ, điểm đóng băng, dung tích nhiệt và tốc độ âm thanh—khác với nước tinh khiết do lượng chất hòa tan. Những đặc tính này chi phối sự tuần hoàn, tương tác khí hậu và sự lan truyền tín hiệu âm thanh. Các đặc tính hóa học, bao gồm độ pH và hệ thống cacbonat, kiểm soát độ hòa tan của khoáng chất và sự có sẵn của chất dinh dưỡng và chất độc.

Mặc dù các ion chính xuất hiện với tỷ lệ gần như không đổi, nồng độ các chất dinh dưỡng, kim loại vi lượng và khí lại thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào độ sâu, vị trí và hoạt động sinh học. Hiểu biết về hóa học và vật lý nước biển là nền tảng cho mọi ngành của hải dương học. Nước biển chuẩn được sử dụng trên toàn thế giới để hiệu chuẩn các phép đo độ mặn.

Một kilogram nước biển thông thường chứa khoảng 35 gram muối hòa tan.