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。
海水晒盐
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1，000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。
盐度越高浮力越大
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3，218.7千米处的藻海。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、深度及与海岸的距离等因素造成。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，海水的温度能基本上保持恒定。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。在垂直方向，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，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，不仅勾勒出陆地的轮廓，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水分子由两个氢原子（a）和一个氧原子（b）组成。氧原子核数比氢原子大，所以分子中的电子对更靠近氧原子一端，相对来说远离氢原子一端。因此，氧原子一端带有微量负电荷δ+，氢原子一端带有微量正电荷δ+。一个水分子带微量正电荷的一端和另一个水分子带微量负电荷的一端相互吸引，两个分子间就形成氢键（c）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。
大洋中的光照
水下环境的光照条件，决定了其中的生物种类。海水是透明的介质，但是光在其中传播时仍不断被吸收和削弱。因此，只有海洋表面的海水才能享受到阳光带来的温暖。当深度达到200米左右，可见光已经基本被吸收殆尽，200米以上的这一片“光照区”在海洋学中被称为“透光层”。透光层是海洋光合作用的生物的主要聚集区。海洋植物和单细胞生物在这里繁殖生长。
海水是透明的介质
这些生命体是海洋中植食动物的食物来源。在透光层下方深度200～500米的区域中，光线非常的微弱。这一区域的光照强度已经低于光合作用发生的临界光强，因此不存在植物和一切靠光来给养的生物，这个区域通常被叫做暮色带或弱光带。深度超过500米的海水中已经不存在任何可见光，这漆黑一片的水域叫做“无光带”。生活于无光带中的动物以上层水域沉降下的生物维持生命，或者干脆上浮到上层水域中去觅食。
尽管大洋区表层海水的光照量充足，但是生活于其中的光合作用生物总量却相对较少。造成这一现象的主要因素是营养物质的缺乏。由于大洋区远离大陆，缺少河流入海口这一持续的营养物质补给源。就营养物质的含量来说，大洋区好像陆地上的沙漠一般贫瘠。
那些富含有机物的海洋动物尸体，是很好的营养物质。然而，它们大都在重力的作用下沉到海底。对于生活在海洋表层透光区的单细胞绿色植物而言，海底的营养物质如天空中的太阳一样可望而不可企及。由于大洋底部的水温非常低，有机物的腐烂和分解过程进行得极为缓慢。尽管有些海域中存在着上升流，能将海底的营养物质带到海平面，但是这种存在上升流的区域极其罕见。在地球上大部分海域中，营养物质被长期禁锢在深深的海底。
溶解于海水中的气体成分，与大气的组成基本相同。其中占比例最大的是氮气（48％），之后依次是氧气（36％）和二氧化碳（15％）。对于海洋生物来说，海水含氧量如同光照程度一样至关重要。含氧量的多少同样决定着该体系中生物的种类。氧气在海水中的溶解度主要取决于温度和盐度，低温和低盐度有利于氧气的溶解。
深海中的氧气并不像人们想象的那样稀少，在漆黑寒冷的深渊带和超深渊带中，生活着许多呼吸氧气的生物。这一事实说明了深海中的氧气并不像人们想象的那样稀少。深海中的氧气是从哪里来的呢？这个问题的答案令人震惊——几乎全球所有深海中的氧气都来自于南北极附近的表层海水。由于南北极常年寒冷的气候，其附近海域的水温非常低。这些溶解了大量氧气的冷水逐渐下沉，为海底生命提供赖以生存的氧气。尽管深海环境中的氧气被海底生命持续地消耗，不过两极冷水下沉这一动态过程还是维持了海底水体中一定的含氧量。
表层海水中的氧气主要来自于空气和海洋植物。大气中的氧气与海面接触而溶于海水。另外，生活在透光层的植物和单细胞绿色生物也通过光合作用向海洋环境中贡献氧气。
我们的星球被大气包裹着，虽然空气的透明让我们常常忽略了它的存在，但是空气是有质量的。地球表面单位面积上的空气质量，就是我们常说的大气压。据测算，海平面上的大气压强为101.325千帕斯卡，简称为l大气压（ATM）。为了方便起见，我们常常将大气压作为压强的单位。相对于气压，海水施加给海洋生物的压力更加可怕。水压随着深度的增加而急剧增大，水深每增加10米，压力就增加一个大气压。因此，深海中生物“奇形怪状”的身体结构，其实是本身抗高压的一种进化。
光在水中的传播
光是一种能量，以波的方式进行传播。太阳光照射到地球上，是白色的。白光是由彩虹的颜色混合而成：紫色、靛青、蓝色、绿色、黄色、橙色和红色。光的颜色取决于光波的波长。可见光光谱包括人眼能看到的所有色彩，这些光的波长范围在0.4～0.8微米之间（一微米等于百万分之一米）。可见光中，紫光波长最短，而红光波长最长。
表层海水中的氧气主要来自于空气和海洋植物空气和水对光的作用不同。空气只能传播光，而水不仅能传播光，还能吸收和反射光线，这些作用取决于水的深度和容量。光能在水中传播，使得光合作用能够在水下进行。不过，可见光中，不同波长的光在水中的传播距离不尽相同。蓝光传播的距离最长，而红光传播的距离最短。正是由于这个原因，在水中没有杂质的情况下，蓝光穿透的距离最长，水就呈现出碧蓝的颜色。
光谱中红光那一端的光能够被水迅速吸收，而且红光在水中传播的距离短，只能传播15米。这就解释了为什么海洋表层海水比海洋深处海水的温度要高。绿光位于光谱的中间位置，比红光传播的距离远，不过绿光常常会被悬浮在水中的微粒反射回去。所以，如果水中悬浮颗粒物很多，比如悬浮着大量的泥土颗粒或者植物微粒，那么，这样的水往往呈现褐绿色。
海洋过程