바다의 여러 가지 요소에 대한 과학적 관측을 해양관측이라고 한다. 현재 실시되고 있는 가장 일반적인 방법은 해양관측선을 이용하여 배에서 와이어에 매단 여러 가지 해양측기(海洋測器)를 이용해 직접 측정하거나 시료수(試料水)를 채취하여 화학분석을 하는 것이다. 한편 인공위성을 이용하는, 우주공간으로부터의 해양학(oceanography from space)도 개발되어 있고, 비행기나 잠수조사선도 빈번히 이용하고 있어서 해양관측 방법과 내용은 더욱 복잡하고 다채롭게 되고 있다. 해양관측선을 사용하는 정통적인 해양관측은 그 내용과 목적에 따라 복잡다양하지만, 크게 나누어 ① 수온·수색(水色)·투명도 등 해수의 물리적 성질에 관한 것, ② 염분·용존산소·영양염 등 해수의 화학적 성질에 관한 것, ③ 해류·조류·풍랑·너울 등 해수운동에 관한 것, ④ 플랑크톤이나 그 밖의 해양생물을 채집·관측하는 해양생물학적인 것, ⑤ 해저의 퇴적물이나 지각구조·해저지형· 열유량(熱流量) 등을 조사하는 해양지질학·해양지구물리학적인 것이 있다. 일반적으로 관측은 관측선상에 설치된 윈치의 와이어에 각종 측기를 장치하여 이것을 바다 속의 필요한 층에 내려서 실시한다. 깊은 바다에 무거운 측기를 내릴 때는 테이퍼드 와이어라고 하여 밑쪽이 굵고 끝이 가는 특수한 와이어를 사용하고 있다. 해양관측 중에서 가장 기본적인 수온관측에는 전도온도계(轉倒溫度計)나 수온기록계(bathythermograph)가 사용된다. 전도온도계는 표면에서 수천 m인 심해까지의 온도측정에 사용하는데, 측정값은 채수기(採水器)가 설치된 층에서만 얻어진다. 한편, 수온기록계로 측정할 수 있는 범위는 표층(표면으로부터 수백 m)에만 한정되는데, 연속적인 측온기록이 얻어지는 이점이 있다. 전도온도계는 보통 난센 채수기(Nansen bottle)에 장치하여 각층의 온도를 측정하는 한편, 채수기로 그 층의 물을 채취하여 화학분석용 시료수로 사용한다. 수색은 F.A.포렐의 수색계(計), 투명도는 투명도판(透明度板)으로 측정한다. 해류·조류는 각종 유속계(流速計)로 관측하는데, 해류에 대해서는 수온과 염분의 관측값으로부터 밀도를 계산하여 이것을 기초로 추정하는 방법도 있다. 심해의 표면해류측정에는 GEK(電磁氣海流計)가 사용되는데, GEK 측정에 의하여 해류의 대략적인 양상이 밝혀졌다. 풍랑·너울은 육안(肉眼)이나 박용파랑계(舶用波浪計)로 관측하는데, 가속도계와 계산기구를 조합한 박용파랑계가 있다. 플랑크톤은 보통 각종 플랑크톤 그물을 사용하여 채집한다. 해저물질은 채니기(採泥器)나 피스톤 코어러로 채취하는데, 코어러의 성능 향상으로 길고 큰 코어[柱狀試料]를 얻을 수 있게 되어 해양퇴적학은 뚜렷하게 진보하였다. 또 해양저의 열유량 측정은 측정장치를 해저에 넣어 관측하는 방법을 취한다. 해양관측을 실시할 때는 대개 해상기상 관측도 함께 실시하며, 때로는 라디오존데 등을 사용하는 해상 고층기상관측도 실시된다. 해상-대기의 상호작용 연구도 활발하여 이전에는 독립적으로 실시되던 해양관측과 해상기상관측 또는 해상 고층기상관측이 유기적·조직적으로 실시되는 일이 많다. 해양관측방법으로서는 어떤 해면을 1척의 배로 주항(周航)하는 것과, 다수의 배로 같은 해면을 동시에 관측하는 일제조사(一齊調査) 방식이 있는데, 해양의 실상을 보다 잘 파악하기 위하여 나중 방법을 더욱 많이 사용한다. 또한 헬리콥터로 직접 관측기를 바다 속으로 내려 측정하거나, 비행기로부터 탑재(air borne) 복사온도계를 사용하여 광역해면(廣域海面)을 신속하게 관측하는 것도 실용화되고 있다. 또 인공위성이나 우주선에서 복사계(輻射計)를 이용하여 해면온도를 직접 측정하는 방식에 의해 광역해면을 동시에 측정할 수 있게 되었다.