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海洋学具有明显的区域性特征，即使是同一区域，海洋、水文、化学要素及生物分布也是互相各异、多层次性的。因此，很难在实验室里对各类海洋现象和过程，以及它们之间的相互作用进行精细的实验，也不能只靠数学分析和数学模拟来进行研究，而是要充分利用科学设备在自然条件下进行观察研究。
直接的观察研究，既为实验室研究和数学研究的模式提供确切的可靠资料，又可以验证实验室和数学方法研究结论的可靠性。因此，在自然条件下进行长期的、周密的、系统的海洋考察是海洋学研究的基本方法。总而言之，海洋学研究中比较着重于从信息论、控制论和系统论的观点，研究海洋现象和过程的行为与动态，并根据已有的信息，通过系统功能模拟模型进行研究，对未来海况作出预测。
海洋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。现代海洋学的研究体系，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。
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。
用于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一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。
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。
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。
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。
