人类用科学方法进行海洋科学考察已有100余年的历史，而大规模、系统地对世界海洋进行考察则仅有30年左右。现代海洋探测着重于海洋资源的应用和开发，探测石油资源的储量、分布和利用前景，监测海洋环境的变化过程及其规律。在海洋探测技术中，主要高科技手段包括在海洋表面进行调查的科学考察船、自动浮标站，在水下进行探测的各种潜水器，以及在空中进行监测的飞机、卫星等。
科学考察船
海洋科学调查船
海洋科学调查船担负着调查海洋、研究海洋的责任，是利用和开发海洋资源的先锋。它调查的主要内容有海面与高空气象、海洋水深与地貌、地球磁场、海流与潮汐、海水物理性质与海底矿物资源（石油、天然气、矿藏等）、海水的化学成分、生物资源（水产品等）、海底地震等。其中极地考察和大洋调查等活动，为世界各国科学家所瞩目。
大型海洋调查船可对全球海洋进行综合调查，它的稳定性和适航性能良好，能够经受住大风大浪的袭击。船上的机电设备、导航设备、通讯系统等十分先进，燃料及各种生活用品的装载量大，能够长时间坚持在海上进行调查研究。同时，这类船还具有优良的操纵性能和定位性能，以适应各种海洋调查作业的需要。
建造专用科学调查船始于1872年的英国“挑战者”号。它从1872年起，历经4年时间的环绕航行，观测资料包括洋流、水温、天气、海水成分，发现了4700多种海洋生物，并首次从太平洋上捞取了锰结核。1888～1920年，美国的“信天翁”号探测船探测东太平洋。1927年德国的“流星”号探测船首次使用电子探测仪测量海洋深度，校正了“挑战者”号绘制的不够准确的海底地形图。
日本海洋科学技术中心最近宣布，它们研制的无人驾驶深海巡航探测器“浦岛”号，在3000米深的海洋中行驶了3518米，创造了世界纪录。“浦岛”号上安装着高精度的导航装置及观测仪器，使用锂电池作为动力。这艘无人驾驶的深海探测器，使用无线通信手段向海面停泊的母船“横须贺”号上传送了用水中摄像机拍摄的深海彩色图像。日本海洋科学技术中心认为，这一装置在世界上居领先地位。以这次航行试验成功为基础，海洋科学技术中心还计划开发性能更高的无人驾驶深海探测器，并且使用燃料电池作为动力源。
海洋监测浮标
20世纪40年代末，科学家除了要收集海面上的信息外，还要探测海洋深处的水温状况。从那时起，这样的工作就一直进行没有间断过。40年后人们分析这些监测资料后发现，在海面2000米以下海水的温度正在戏剧性地、持续不断地上升。但那时人们得到的信息仅仅来自有限的区域，得到探测的深水区域只占全球海洋面积的50%。直到2002年，科学家提出了一个解决问题的方案：施放资料浮标，建立浮标监测网络，浮标上搭载的仪器可与人造卫星联通，形成一个立体的海洋监测系统。
目前，这个计划正在进行中，已有60个以上的浮标被施放到了大海里。1997年，这个浮标监测系统监测到了热带海洋上非同寻常的迹象，这就是厄尔尼诺的前兆，科学家及时发出警告，从而成功地预报了20世纪最大一次厄尔尼诺的到来。现在，这个浮标系统依然在起着作用，从那里得到的资料显示，2002年至2003年冬季，厄尔尼诺已经卷土重来，不过力量较小罢了。
海下测音装器
新一代海洋探测装置正在使用声音追踪大洋底部发生的“重大事件”，例如火山和地震等，因为科学家发现，海洋中温度和压力的不平衡可以形成一个走廊，沿着这条走廊，声音可以传播几千公里，为此人们研制出了可永远置放于海底的水下测音装置，这就是SOFAR（声学系统和测距装置）。现在，这种装置已经布置在了海底，相关海洋学家每星期要用电脑处理10亿字节这些来自太平洋底部的信息。自1991年SOFAR启用以来，人们已用它确定了几万次发生于大洋底部的地震和几次海底火山爆发，这些海底的剧烈运动都没有被安放在陆地上的地震仪监测到。另外，这种仪器还帮助动物学家们通过鲸的叫声对两种蓝鲸加以区别。
1998年，人们在海底安装了夏威夷2号监测站，它是一个地震仪，由一组水下测音器连在一条报废了的海底电缆线上。使用这种仪器，地球物理学家莱特·巴特勒监听到一次里氏6.1级的海底地震。这次地震发生在距太平洋西北沿岸2000公里的海域之下，它发出的巨大隆隆声令科学家们非常惊讶，因为那似乎是一种从未出现过的声波。科学家分析说，种种迹象表明，这种声波来自海底流动着的沉积物界面，它为科学家通过声音探测海底物质形态提供了一种新的参照依据。
今天，科学家们又研制出了更加轻便灵活的水下测音器，并把监测的范围扩展到了大西洋。在那里，他们第一次记录到由中大西洋山脊火山活动发出的声音，在这片地区，岩浆正在上升，海底正在慢慢扩展。
海下传感器
从大量的地震监测和钻探活动中，海洋地质学家们已经知道海底的下面存在着大量的地下海水，它们流动着，将热量带到海床的上面。科学家希望知道这些地下海水的活动究竟是怎样的，其移动的速度有多快。于是他们在海底钻了一些孔。然后将一些传感器放于孔中，通过这些传感器，科学家可以持续地获得有关海洋地下水压力和温度方面的资料。
这个海底地下监测系统被命名为CORKS，自1991年正式启用以来，它为人们提供了大量海底地层的信息。地球物理学家伊尔·戴维斯说：“现在我们知道，在大洋底部以下的确流动着大量的海水。”监测表明，这些海水可以在地下穿行好几公里。令人惊讶的是，这些安放在海底的传感器还记录下了发生在海面上的运动，如潮汐等。戴维斯认为，海平面乃至大气压力的升降会影响海底以下的状态，甚至可以导致它的形状发生改变。
海底以下是否存在生命也是一个令科学家备感兴趣的问题。几年前，科学家们在秘鲁附近海域进行了一次雄心勃勃的探索活动，他们在150米至5300米的水下进行钻探，结果竟在海底以下420米的地层里找到了微生物。科学家认为海底以下存在着大量的微生物，它们的数量可能占地球微生物总数量的三分之二，由此人们意识到类似的生命形式很可能也存在于其他行星和卫星的海洋下面。