海洋提供给我们很多资源，也影响到我们生活的方方面面。但人类真正认识海洋、全面考察海洋、开始海洋科学研究的历史只有100多年。
尽管人类自古便在海边捕鱼劳作，在海上驾帆远航，然而对海洋的研究却一直未得到重视。早期科学研究的对象几乎全部在陆地，直到19世纪上半叶，科学家才把目光投向海洋。最早开始这项研究的是美国科学家莫里，他在1855年发表了《海洋的自然地理和气象学》一书，论述了有关北美洲墨西哥湾的洋流、海水温度、潮汐以及海底地形等问题。
19世纪中期，由于要铺设第一条横越大西洋的海底电缆，人们首次测量了大西洋海底深度，并最终绘制出第一幅大西洋海底图。1872年，英国派出第一艘由木制军舰改装的海洋调查船“挑战者号”，进行了人类首次环球海洋考察。这次考察历时3年半，航程12.8万km，科考内容包括海流、气象、地理、水文、海洋生物、海洋地质等，收集到大量海洋生物标本、海水和海底沉积物样品。回国后，科学家根据这次考察结果，编制成第一幅世界大洋沉积分布图。
“挑战者号”首次全面测量了各大洋的海水深度，绘制了等深线图，发现世界各大洋的海底形态虽然各不相同，但基本上都是由大陆架、大陆坡、海沟、大洋盆地和海底山脉几部分组成；大陆架以缓和的坡度延伸至大约200m深的海底，大陆坡则是向大洋底部过渡的斜坡，大陆与海洋的分界线并不是我们所习惯认为的海岸线，而是大陆坡的底部；各大洋的深度一般在2500～6000m之间，其中分布着一些连绵的海底山脉，有些山脉的峰顶露出海面，就成为大大小小的岛屿；海洋最深处是位于太平洋西部的马里亚纳海沟，深度达1万多米，其次还有深8000余米秘鲁—智利海沟等。
此后，科学家们对海洋作了更全面的测绘和研究，发现每个大洋都有自己独特的海流和潮汐系统。由于科里奥利效应，海流在北半球的大洋中是沿顺时针方向绕一个大圈运行的，而在南半球的大洋中则是逆时针方向。直接沿着赤道前进的一股海流不受科里奥利效应的影响，因此是沿着直线前进的。
此外，科学家还对海洋深处流动得更慢的环流进行了探索，发现在北极和南极地区，上层海水变冷后便会下沉到底层。这股下沉的海流会沿着整个洋底向其他区域扩散，所以即使在热带地区，底层海水也是很冷的，接近冰点。由于温差作用，热带地区的底层冰冷海水最终会被加热变暖而升至海面，然后又会流向北极和南极，并在那里再次下沉。科学家用示踪物质来追踪各大洋的环流情况，并在不同地点对深处的海水取样分析，绘制出全球的环流图。由于大洋环流能够输送大量的热能，对全球气候变化有很大影响。