海洋科学研究和科学理论呈现出日益增强的整体化趋势。随着海洋科学的发展，揭示的海洋现象越来越多，因此学科的划分也就越来越细，研究领域也越来越广。近几十年来对海洋现象和过程的深入研究发现，各分支学科之间是彼此依存、相互交叉、相互渗透的，每一分支学科只有在整个海洋科学体系的相互联系中才能得到重大发展。现代海洋科学的研究体系，大体可以分为基础性学科研究和应用性技术研究两部分。基础性学科是直接以海洋的自然现象和过程为研究对象，探索其发展规律。应用性技术学科则是研究如何运用这些自然规律为人类服务。海洋中发生的自然过程，按照内秉属性，大体上可分为物理过程、化学过程、地质过程和生物过程四类，每一类又是由许多个别过程所组成的系统。对这四类过程的研究，相应地形成了海洋科学中相对独立的四个基础分支学科：海洋物理学、海洋化学、海洋地质学和海洋生物学。海洋物理学是以物理学的理论、技术和方法研究发生于海洋中的各种物理现象及其变化规律的学科。主要包括物理海洋学、海洋气象学、海洋声学、海洋光学、海洋电磁学、河口海岸带动力学等。物理海洋学主要研究海水的各类运动（如海流、潮汐、波浪、行星波、湍流和海水层的微结构等），海洋同大气圈和岩石圈的相互作用规律，海洋中声、光、电的现象和过程，以及有关海洋观测的各种物理学方法。海洋化学是研究海洋各部分的化学组成、物质分布，化学性质和化学过程的学科。研究的内容主要是海洋水层和海底沉积以及海洋—大气边界层中的化学组成、物质的分布和转化，以及海洋水体。海洋生物体和海底沉积层中的化学资源开发利用中的化学问题等。海洋化学包括化学海洋学和海洋资源化学等分支。海洋地质学是研究地球被海水淹没部分的特征和变化规律的学科。主要研究内容为：海岸和海底地形，海洋沉积的组成和形成过程，大洋地层学、洋底岩石的岩性、矿物和地球化学，海底地壳构造和大洋地质历史，海底的热流、重力异常、磁异常和地震波传播速度等地球物理特性。海洋地质学当前研究的重大课题是海底矿产资源的分布和成矿规律，大陆边缘（包括岛弧——海沟系）和大洋中脊为主的板块构造，以及古海洋学等。海洋生物学是研究海洋中一切生命现象和过程及其规律的学科，主要研究海洋中生命的起源和演化，海洋生物的分类和分布、形态和生活史、生长和发育、生理和生化、遗传，特别是生态的研究，以阐明海洋生物的习性和特点与海洋环境之间的关系，揭示海洋中发生的各种生物学现象及其规律，为开发、利用和发展海洋生物资源服务。海洋生物学包括生物海洋学、海洋生态学等分支学科。如同自然科学中的其他学科一样，海洋科学的各个基础分支学科不仅互相联系，互相依存，而且互相渗透，不断萌生出许多新的分支学科，如海洋地球化学、海洋生物化学、海洋生物地理学、古海洋学等。另一方面，海洋科学的研究，特别是在早期，具有明显的自然地理学方向，着重于从自然地理的地带性和区域性的角度研究海洋现象的区域组合和相互联系，以揭示区域特点、区域环境质量、区域差异和关系，形成了区域海洋学。由于现代科学技术发展很快，海洋资源开发技术与日俱新，因此需要专门研究如何把基础理论研究成果应用到实践中去，解决生产技术问题。这样，在海洋科学研究中就逐渐分化出一系列技术性很强的应用学科和专业技术研究领域。如海洋工程，它始于为海岸带开发服务的海岸工程。到了20世纪后半期，世界人口和经济迅速增长，人类对蛋白质和能源的需求量也急剧增加，因此海洋工程又增加了深海采矿、经济生物的增养殖、海水淡化和综合利用、海洋能的开发利用、海洋水下工程、海洋空间开发等内容。海洋科学研究成果的应用，由于服务对象不同，还相应地形成一些相对独立的应用性学科，如海洋水文气象预报、航海海洋学、渔场海洋学、军事海洋学等。但是，如同其他自然科学研究一样，任何学科分类和体系都不是最终的封闭系统，随着对海洋研究的深化和扩展，海洋科学的学科分类和体系将不断地有所更新和发展。
