地球上的水量主要是集中在海洋里。海水的化学组成和元素平衡问题，是海洋化学的重要内容之一。海水的化学元素，一方面是由陆地上岩石的风化通过河流而进入海洋，以及火山的喷出物等经由大气的传递而沉降于海洋，另一方面，海水里的元素随同无机及有机的不溶性固体向海底沉降而被除去。
海水中任何一种元素的含量，尤其是有地质和生物意义的元素，常常以复杂的方式随时间和空间而变化。微量元素在海水中存在的形态和含量已被广泛的研究和测定，在这方面已有许多资料数据，这对于了解海洋环境化学是很重要的。
锂云母
决定海水中元素浓度的一个化学要素是溶解度，由于海水中的微量元素的浓度很低，大多数的微量元素都达不到不溶性化合物的溶度积，而呈不饱和状态。但是，钡则是一个例外。由于海水中的硫酸根离子的含量较高，因而硫酸钡处于平衡状态。由于海水中含有大量的氯离子，金、银、汞、铅等元素与氯离子形成水溶性的氯化物络离离子。海水中的微量元素，有的作为构成海洋生物的必须元素而转移到生物体中去，并且逐级转移，同时，这些生物的遗体及分解生成的固体物沉降到海底，在沉降过程中也会有微量元素溶解出来。海水中及海底的微量元素的溶出以及固定，与海洋环境的各种条件有关，因而，在不同地域的海水中或海底堆积物中，微量元素的浓度有明显的差异。随地域不同而浓度不同的元素有钴、银、镍等，但是，锶、钡、铯、铷、铀、钼等元素的含量与地域关系的差异不大。
就非污染的淡水而言，其重金属的含量大致一定，但它们的化学形态却有很大的不同。例如，天然水体中可溶性的铅、镉和锌的化学形态有颗粒物状、离子形态、无机和有机络合物以及无机和有机胶体等。一般地说，金属化学元素对水生生物的毒性大小依次为Hg>；Ag>；Cu>；Cd>；Zn>；Pb>；Cr>；Ni>；Co，许多实验说明，金属的离子形态要比与有机配位体结合的形态有毒。结合的络合物越稳定，其毒性也越低。
海水中溶解了大量的气体物质和各种盐类。人类在陆地上发现的100多种元素，在海水中可以找到80多种。
当今世界上，生产海盐的国家已达80多个，制盐工业的新工艺、新技术也如雨后春笋般地迅速发展，从最古老的日晒法到先进的塑苫技术，海盐大大满足了人类与日俱增的耗盐量需求。人们利用海盐为原料生产出上万种不同用途的产品，例如烧碱、氯气、氢气和金属钠等，凡是用到氯和钠的产品几乎都离不开海盐。
海洋中还贮存着多种元素。钾是植物生长发育所必需的一种重要元素，它是海洋宝库馈赠给人类的又一种宝物。海水中蕴藏着极其丰富的钾盐资源，但是由于钾的溶解性低，在1升海水中仅能提取380毫克钾。而且，钾与钠离子、镁离子和钙离子共存，分离较困难，致使钾的工业开采步履维艰。目前，已有采用硫酸盐复盐法、高氯酸盐汽洗法、氨基三磺酸钠法和氟硅酸盐法等从制盐卤水中提取钾；采用二苫胺法、磷酸盐法、沸石法和新型钾离子富集剂从海水中提取钾。
杀虫剂
溴是一种贵重的药品原料，可以生产许多消毒药品。例如大家熟悉的红药水就是溴与汞的有机化合物，溴还可以制成熏蒸剂、杀虫剂、抗爆剂等。地球上99％以上的溴都蕴藏在汪洋大海中，故溴有“海洋元素”的美称。19世纪初，法国化学家发明了提取溴的传统方法，这个方法也是目前工业规模海水提溴的唯一成熟方法。此外，树脂法、溶剂萃取法和空心纤维法提溴新工艺正在研究中。
镁不仅大量用于火箭、导弹和飞机制造业，还可以用于钢铁工业。利用镁作为新型无机阻燃剂，用于多种热塑性树脂和橡胶制品的提取加工。另外，镁还是组成叶绿素的主要元素，可以促进作物对磷的吸收。镁在海水中的含量仅次于氯和钠，主要以氯化镁和硫酸镁的形式存在。从海水中提取镁并不复杂，只要将石灰乳液加入海水中，沉淀出氢氧化镁，注入盐酸，再转换成无水氯化镁就可以了。电解海水也可以得到金属镁。
铀是高能量的核燃料，1000克铀所产生的能量相当于2250吨优质煤。然而陆地上铀矿的分布极不均匀，而海水水体中含有丰富的铀矿资源，约相当于陆地总储量的2000倍。
从20世纪60年代起，日本、英国、德国等先后着手从海水中提取铀的工作，并且逐渐建立了多种方法提取海水中的铀。以水合氧化钛吸附剂为基础的无机吸附剂的研究进展最快。当今评估海水提铀可行性的依据之一仍是一种采用高分子黏合剂和水合氧化钻制成的复合型钛吸附剂。现在海水提铀已从基础研究转向开发应用研究。日本已建成年产10公斤铀的中试工厂，一些沿海国家亦计划建造百吨级或千吨级铀工业规模的海水提铀厂。如果将来海水中的铀全部提取出来，所含的裂变能量比地球上目前已探明的全部煤炭储量所含的能量还多1000倍。
“能源金属”锂是用于制造氢弹的重要原料，海洋中每升海水含锂15～20毫克。随着受控核聚变技术的发展，同位素锂6聚变释放的巨大能量最终将服务于人类。锂还是理想的电池原料，含锂的铝镍合金在航天工业中占有重要位置。此外，锂在化工、玻璃、电子、陶瓷等领域的应用也有较大发展。因此，全世界对锂的需求量正以每年7％～11％的速度增加。目前，主要是采用蒸发结晶法、沉淀法、溶剂萃取法及离子交换法从卤水中提取锂。
重水是原子能反应堆的减速剂和传热介质，也是制造氢弹的原料，如果人类一直致力研究的受控热核聚变技术得以解决，从海水中大规模提取重水的梦想将得以实现，海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。
除了上述已形成工业规模生产的各种化学元素外，海水还无私地奉献给人类全部其他微量元素。