深海是指深度超过6000m的海域，也是人类几乎未曾踏足过的地方。幽深的海水隐藏了深海的秘密。除了用特殊材料制成的潜水器外，甚至连军用核潜艇也无法到达那里。从某种意义上讲，我们迄今对深海的了解还不如对数十万千米外的月球了解得多。
从20世纪50年代起，由于地球物理学的发展，科学家们开始重视对深海的研究，乘坐深海潜水器潜到深深的海底，并利用声呐、重力、磁力和人工地震等探测手段，对世界各大洋的深海进行全方位的探测，绘制出各种高分辨率的海底地形图，并对各大洋的海底构造、沉积物结构、厚度和沉积速率等进行了认真考察。这些对研究近千万年以来的全球特别是海洋气候演变和地质演化史具有重要意义。
科学家们根据探测结果得知，深海底部比陆地更加起伏不平，不仅有面积如整个大陆那样大的平原，而且有比喜马拉雅山还要高大的火山。位于太平洋中部的夏威夷岛其实是一座1万m高的海底火山的顶部。在太平洋海底还至少有1万座平顶火山锥。马里亚纳海沟是世界上最深的海沟，深度达11034m。不过，即使是在这样的深度，也仍然有生物存在。此外，在大洋底部还有一些险峻的峡谷，有些长达数千千米。在太平洋和印度洋一些地方，还经常发生海底地震，导致出现大规模海啸。
20世纪五六十年代，美国的一些研究机构发起组织了大规模的海洋地质联合调查计划。1952—1953年期间，美国科学家在东北太平洋发现了4个大型断裂带，后来发现这种断裂带在世界各大洋均有广泛的分布。此后又发现，大洋地壳的结构与大陆地壳截然不同，洋底沉积层极薄。特别是由于环绕全球的大洋中脊体系与条带状磁异常的发现，使一度衰落的大陆漂移说重新复活，并导致后来板块构造学说的提出。
20世纪六七十年代，世界各国组织了一系列的国际海洋合作考察计划，其中比较著名的有“深海钻探计划”、“国际地壳上地幔计划”、“国际地球动力学计划”、“国际海洋勘探十年计划”和“联合海洋学会地球深部取样计划”等。通过这一系列全球深海海底勘探项目，取得大量海底岩芯样品，重现了中生代以来古大洋环境的演变，为验证和发展板块构造学说奠定了重要基础。
20世纪80年代以来，科学家们又陆续提出了“岩石圈计划”、“大洋钻探计划”、“大陆科学钻探计划”、“综合大洋钻探计划”、“国际探海综合钻探计划”等，除了继续采用深海钻探和取样技术外，还广泛采用深海潜水器观察、海底摄像、海底电视、深海探测仪器、卫星遥感测量仪器等，发现了更多新的古气候学和古海洋学资料，促进了地球科学的发展。