海水遠不止是鹽和水。化學海洋學家研究的是所有溶解元素、氣體、有機化合物和顆粒物，以及控制它們分佈和轉化的過程。

關鍵議題包括碳酸鹽系統和海洋酸化、限制初級生產的營養循環、微量金屬的有效性以及污染物的歸宿。分析方法涵蓋船上滴定和分光光度法、質譜法以及配備感測器的自主平台。數據揭示了生物、環流和人類活動如何相互作用，共同塑造海洋化學。

化學海洋學為氣候模型提供了重要的約束條件，並有助於理解沉積物和珊瑚中記錄的過去海洋狀況。它還為沿海水質管理和新興污染物（例如微塑膠和藥物）的評估提供資訊。由於化學模式既影響又反映物理和生物過程，因此與生物學家、物理學家和地質學家的合作是常規的。

一個水樣本可以得出數十種化學測量結果，這些結果共同講述了水體歷史的詳細故事。