在海洋学中，我们用几组物理参数来区分不同的水域。可以说，这些不同参数的数值，说明了一片特定水域的水文特征。常用的参数有：盐度、温度、密度、水溶气体分数、营养物质丰度等。通常，这些物理特性的差异可以有效地限制海洋生物的迁移。形象地说，不同的水文性质对于海洋生命造成的束缚，就好像墙壁和栅栏对于陆地动物一样难以逾越。与浅海生物的“随遇而安”不同，大洋区的生物对生存环境的要求非常苛刻。通常，只有在物理和化学参数达到某一特定值时，才能保证它们的生存。
作为海水的一个重要物理参数，“盐度”指的是单位体积海水内溶解的矿物质（或盐）量。对于“海水中的盐从哪里来”这个问题，人类一直争论不休。古代的智者们认为在深海的海底存在着一个“盐的源泉”，海中所有的盐都是从中而来。现今，科学家们已经为我们找到了答案。现代理论认为，海水中溶解的矿物质主要来自于陆地上岩石的风化。例如石灰石、花岗岩、页岩等，都在长期的地质作用中被风化侵蚀成可溶性的矿物质。大洋中矿物质的溶解和搬运是一个极其缓慢的过程。据推测，这种过程已经进行了上百万年。除陆地作用外，还有少量矿物质来自海底火山的喷发。海底火山口喷出的高温气体含有丰富的矿物质，它们以气体的形式直接溶入水中。海水中的主要矿物质是氯化钠，即构成食盐的主要化学成分。同时，海水中还有各种各样的溶解盐，例如钙盐、镁盐、钾盐、碳酸盐、硫酸盐、溴化物等。
海水的平均盐度是35‰，即每1000份体积的海水中，溶解有35份体积的矿物质。海洋深处，海水的盐度能保持相对恒定。但是大洋表层的海水盐度却“变化无常”。通常，任何引入淡水的过程都可以使表层海水的盐度降低。例如在多雨的温带海区，海水的盐度就相对较低；春季，两极的冰山融化，也能降低周围海水的盐度。
海水的蒸发或结冰会使盐度上升。当海水结冰时，析出的盐分会被包裹在一个个“小冰泡”中，不过这只是短时间的。随后，这些盐分会突破冰的束缚，迅速溶解到周围未冻结的海水中去。这一过程解释了高低纬度海面的盐度差异；高纬度、存在冰期的海域盐度通常高于低纬度的温暖海域。由海水结冰的过程，我们可以推断出：结冰速度越快，从“小冰泡”中跑出的盐分就越少。所以，最“咸”的海通常是那些结冰缓慢的海域。另外，在一些高温、干燥的地区，也会由于海水的大量蒸发而形成高盐度海域。
北大西洋是世界上最“咸”的大洋，其平均盐度达到37.9‰。北大西洋中盐度最高的海域是位于加纳利群岛以西3218.7千米处的藻海。藻海得名于常年覆盖于其表面的马尾藻类海草。藻海水温较高，约28℃的水温令海面蒸发率很高；同时，远离岛屿的地理位置又使该海域缺乏淡水的补给，以上两个因素是藻海高咸度的主要原因。
对于海洋中的生命来说，水温是影响其生存最重要的因素。因为水温可以对海水的其他性质参数造成影响，例如盐度、密度、气体溶解度等。这些因素的共同作用，限制了生物在大海中的分布。海洋表面的温度差异，主要由季节、纬度、深度及距海岸距离等因素造成。据统计，大洋区的海平面平均温度为17℃。由于海水之间的热传递比较缓慢，因此在赤道或两极附近的海域中，海水的温度能近似的保持恒定。两极地区的海平面平均温度一般为2℃，而赤道地区约为27℃。
在同一片海域的不同深度中，水温也是不同的。在铅直方向，海水被分成两个温度层，两层之间有一个明显的分界线。海洋表层的水大量吸收来自太阳的热量，被加热的水在风浪的作用下与下层的海水充分混合，形成了一个大约100米厚的恒温层。在恒温层以下，就是两温度层的分界线——温跃层。温跃层出现在深度100～400米的水域，该层中水温会随着深度的增加而明显地降低。温跃层以下的海水温度更低，但是降温的梯度比较小。最终，水温会降到接近0℃。全球海洋中超过90％的水体处于温跃层以下。
温度的重要性主要体现在它对化学反应速率的影响上。不论是在有机界还是无机界，化学反应的前提都是分子间的相互碰撞。在一个温度很低的体系中，分子表现出惰性，运动速率减慢使它们相互碰撞的几率降低。而在高温体系中则截然相反，分子热运动的加剧大大增加了其相互碰撞的几率，使得化学反应更加活跃。换句话说，温度越高，化学反应就能越快地达到其速率极限。但是在有机体中，如果温度过高，分子的结构将被热量扭曲，使分子变质。简单的例子就是食物由生变熟。
温度和盐度的共同作用决定了海水的密度。密度即单位体积的质量。盐度越高，海水中溶解的矿物质也就越多，因此其密度越大。而温度则从另一方面影响海水的密度。温度升高，海水体积膨胀但质量保持不变。因此，水温越高，海水的密度越小。
由于高密度的水有下沉的趋势，因此密度是决定海水垂直分布的关键因素。高盐、低温的海水会渐渐下沉到水柱的底端，而淡水含量多的低盐、高温海水则“漂浮”在海面。海水因密度的不同而发生相对运动，最终会形成诸多不同密度的水层，而每一层都有其特定的密度。大体来说，海面气温降低、海水结冰或蒸发都可以使表层海水的密度升高。由于不同密度的海水不容易混合，因此不同密度层之间的相对运动不会破坏各自的性质。只有当体系吸收能量时，其中的不同密度层才会相互混合。
水的化学和物理特性水是地球上分布最广泛的物质之一。水构成了海洋，勾勒出陆地的轮廓，还是生物的主要组成成分。从某方面来讲，水分子又是一个与众不同的分子，它的特殊性质是由物理结构决定的。
水分子是由三个原子组成的化合物：两个氢原子和一个氧原子。这三个原子的结合方式，导致形成的水分子一端带有微量负电荷，另一端带有微量正电荷。因此水分子是一个极性分子。
一个水分子的带正电荷的一端会吸引另一个水分子带负电荷的一端。两个带相反电荷的水分子相互吸引，距离足够近的时候，它们之间会形成化学键。这种化学键叫做氢键。虽然这种分子间的氢键比分子内的化学键弱，可是已经足以影响水的性质了，氢键赋予了水不同寻常的特性。
水是地球上唯一的可以三种物态存在的物质：固态、液态和气态。因为氢键比一般的分子键作用力要强，因此把水分子和水分子分开需要大量的能量。正是由于这个原因，水升高温度或者从一种物态变化到另一种物态，都需要吸收比其他物质更多的能量。
因为水分子彼此紧密相连，所以水的表面张力很大。表面张力是描述破坏液体表面难易程度的物理量。氢键使水形成了微弱的薄膜一样的表层，从而影响水形成波浪和水流的方式。水的表面张力也对生物造成影响，无论水流中的生物、水下生物还是水表面的生物，都受到表面张力的影响。
大气中的有些气体能够溶解在水里，例如氧气和二氧化碳，然而并不是所有的气体都能溶于水。二氧化碳比氧气更易溶解在水里，海水中常常溶有大量的二氧化碳。另外，水中的氧气含量仅仅为大气中的百分之一。水中的低含氧量能够限制水生生物的种类和数量。气体的溶解度还和温度有关。气体在低温的水中溶解度相对较大，因此，低温水溶有更多的氧气和二氧化碳。另一方面，浅水更容易溶解气体，因为浅水里，风和波浪能够把大气中的氧气和水混合在一起。此外，生长在浅水中的植物，也能够通过光合作用放出氧气。