在阳光照射的上层海洋中，微小的藻类和较大的海藻捕获光能，并将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。这个过程——光合作用——构成了几乎所有海洋食物网的基础，并为地球大气层提供了相当一部分氧气。

浮游植物承担了海洋光合作用的大部分工作。它们的生产力受光照（光照强度随深度增加而减弱）以及氮、磷、铁等营养物质的限制。光合作用与呼吸作用达到平衡的深度称为补偿深度；低于该深度，净生长无法维持。光照和营养物质的季节性和区域性变化造就了我们熟悉的春季藻华和亚热带贫营养荒漠的景象。

测量光合作用的方法包括瓶式培养、荧光技术和卫星叶绿素估算。产生的有机碳要么为食物网提供能量，要么在上层海洋中被呼吸作用消耗，要么作为生物碳泵的一部分沉入深海。温度、分层和营养物质供应的变化已经改变了海洋初级生产的模式。

• 光能转化为有机物
• 主要由海洋中的浮游植物完成
• 海洋食物网的基础和氧气来源
• 受光照和营养限制