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
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。
海洋物理学是运用物理学的理论、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。它主要研究海洋中的物理现象及其变化规律，并研究海洋水体与大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用，为海况和天气的监测及预报提供依据；研究海洋中的声、光、电现象和过程，以掌握其变化和机制；研究海洋探测的各种物理学方法和技术，从而实现有计划地在海上进行现场的专题观测和实验，促进海洋物理学的发展。通过这三方面的研究，形成了海洋物理学中一系列的分支学科，其中主要的有物理海洋学、海洋气象学、海洋声学、海洋光学、海洋电磁学和河口海岸带动力学等。
海洋化学是运用化学原理和化学技术，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。海洋化学包括化学海洋学和海洋资源化学等分支。化学海洋学是从化学物质的分布变化和运移的角度，来研究海洋中的化学问题的，有区域性特点。它既研究海洋中各种宏观化学过程，如不同水团在混合时的化学过程，也研究海洋环境中某一微小区域的化学过程，如表面吸附过程。海洋资源化学主要研究从海洋水体、海洋生物体和海底沉积层中开发利用化学资源的化学问题。此外，开发海洋的工程设施，存在一些亟待解决的化学问题，比如金属在海水中的腐蚀，防止生物对设备或船体的附着等。
海洋考察
海洋地质学是研究地壳被海水淹没部分的物质组成、地质构造和演化规律的学科。研究内容涉及海岸与海底的地形、海洋沉积物、海底岩石、海底构造、大洋地质历史和海底矿产资源。它是地质学的一部分，又与海洋学有密切联系，是地质学与海洋学的边缘科学。
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、遗传等，特别是进行生态的研究，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，一方面，海洋科学的各个基础分支学科之间相互联系、依存和渗透，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，着重于综合地研究一个海区中的各种海洋现象，以揭示区域特点、区域环境质量、区域差异和关系，从而形成了区域海洋学。
海洋卫星探测
海洋科学的基础性分支学科的研究成果，是整个海洋科学的理论基础，对海洋资源的开发利用和海洋环境工程等生产实践起着指导作用。由于现代科学技术发展迅速，海洋资源开发技术日新月异，因此，需要专门研究如何把基础理论研究成果转化到实践中去，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。最初，它是为海岸带开发服务的海岸工程，即海岸防护、海涂围垦、海港建筑、河口治理等。到了20世纪后半期，人类将探寻蛋白质和能源的目光投向了海洋，因此海洋工程除了包括人们熟知的海洋石油、天然气开采外，还包括深海采矿、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。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。
随着现代海洋开发的迅猛发展，海洋环境污染事件多有发生，人类在开发海洋的同时并没有顾及或不够注意海洋环境的承受能力，因此使海洋环境，尤其是河口、港湾和海岸带区域受到了人为的污染。这不仅影响了海洋资源的进一步开发利用，甚至对人体健康造成了危害。20世纪50年代以来，随着人们对海洋环境问题认识的深化，海洋环境科学逐步形成，到了20世纪70年代，已基本确定了本学科的地位。
以上是现代海洋学研究的学科分类及其体系结构的梗概。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入和拓展，海洋科学的学科分类和体系将不断地更新。
巨志云--大学专业讲解（海洋科学）