衛星和飛機可以透過探測反射、發射或後向散射的電磁輻射，從遠處測量海洋特性。這一系列技術被稱為遙感。它提供了僅靠現場觀測無法實現的同步、重複覆蓋。

海洋水色感測器用於估算葉綠素和其他成分；紅外線和微波輻射計用於測量海面溫度；高度計用於測量海面高度並推斷海流和波高；散射計用於測量風速和風向。合成孔徑雷達用於偵測海面粗糙度、油膜和海冰。每種感測器都有其獨特的分辨率、精度以及對雲層或其他幹擾的敏感性。

遙感技術透過揭示盆地尺度的模式和長期趨勢，徹底改變了海洋學。它需要與現場資料進行精確校準，並運用複雜的演算法將輻射亮度轉換為地球物理變數。衛星遙感技術與模式和自主平台結合，構成了現代海洋觀測的基石。

單次衛星過境即可在幾分鐘內繪製出整個海洋盆地的狀況圖。