L'acqua che ricopre le concavità esistenti fra le terre emerse forma un unico grande sistema comunicante, che si estende senza interruzione da un continente all'altro; è solo, quindi, per comodità che noi distinguiamo tre oceani: Atlantico, Pacifico, Indiano. Ogni oceano si suddivide in mari, bacini meno vasti che sono situati in prossimità di un continente (mari costieri) o penetrano fra le terre emerse comunicando con gli oceani solo attraverso strette aperture (mari interni o mediterranei). Terre emerse ed oceani non sono ugualmente ripartiti sul globo. Le acque hanno la netta prevalenza, perché coprono il 71% della superficie. Circa quattro miliardi di anni fa, il globo era circondato da nubi di vapore acqueo e di gas, molti dei quali si erano sprigionati dall'interno infuocato della terra. Quando la temperatura cominciò ad abbassarsi, anche le nuvole si raffreddarono condensandosi: a un certo punto cominciò a cadere la pioggia che si riversò impetuosamente sulla terra per milioni di anni. Battendo sulla superficie di lava arroventata, l'acqua evaporava rapidamente, saliva in cielo, dove si trasformava di nuovo in pioggia. Questo ciclo continuò fino a quando la terra si fece più fredda e la minore evaporazione consentì all'acqua di stagnare sulla superficie, colmando gli avvallamenti: si formarono così i laghi, i fiumi e i primi oceani, che raggiunsero il livello attuale circa un miliardo di anni fa, pur avendo una disposizione molto diversa da quella attuale: per altri milioni di anni, oceani e continenti si sono alzati ed abbassati a più riprese, fino a formare il paesaggio che noi conosciamo. Il mare ha un'enorme importanza per la vita sul nostro pianeta. Innanzitutto, è proprio nell'acqua del mare che, dalla combinazione di diversi composti organici, hanno avuto origine le prime e più semplici forme di vita, forse tre miliardi di anni fa.

D'altra parte, tutti gli organismi viventi, sia animali sia vegetali, per vivere hanno bisogno dell'acqua. Essa è, infatti, la principale componente di tutti gli organismi e, in particolare, costituisce il 70% del corpo umano. Dal mare proviene, per evaporazione, l'acqua che bagna la terra sotto forma di pioggia e alimenta fiumi, laghi, sorgenti. L'acqua è indispensabile per la crescita della vegetazione, e questa per la crescita degli animali, cioè per tutte le nostre scorte di cibo. Il mare agisce come regolatore del clima; costituisce una sorgente quasi inesauribile di risorse alimentari, e, dall'invenzione della navigazione, rappresenta una delle vie di comunicazione più importanti per l'uomo.

Gli studi sui fondali, sulle acque e sui movimenti del mare hanno subito un grande potenziamento negli ultimi tempi, con le numerose spedizioni oceanografìche organizzate da vari paesi; i dati raccolti a mezzo dei moderni apparecchi automatici (radiotrasmittenti, fasci di onde, camere televisive ecc.) sono ormai imponenti. Benché vi siano specialisti nello studio dei fenomeni marini chimici, fisici, geologici e biologici, lo studio delle grandi masse d'acqua va inquadrato in una visione unitaria e prende il nome di Oceanografìa o Talassografia (dal greco Thàlassa = mare).

L'acqua di mare è contrassegnata da una serie di caratteristiche fìsico-chimiche peculiari. La composizione chimica è assai complessa, dipendendo da molteplici fattori, i quali, a loro volta, influenzano altre caratteristiche: la salinità, per esempio, si riferisce al contenuto in sali variamente disciolti. Nell'acqua di mare sono sciolte, sotto forma di sali, molte sostanze trasportate dai fiumi, durante la lunga storia geologica della Terra, o prodotte in età remotissime dalle eruzioni vulcaniche sottomarine e dalle sorgenti termali sottomarine associate alle dorsali oceaniche.

Salsedine o salinità, appunto, si chiama la quantità di sali contenuta in un litro di acqua. La salinità media degli oceani è del 35%: ciò significa che ogni litro di acqua contiene 35g di sali. Le sostanze disciolte nell'acqua sono moltissime, tuttavia i due componenti principali sono rappresentati dal cloruro di sodio (77,8%) e dal cloruro di magnesio (10,9%); l'acqua di mare è amara e salata proprio per questo. Ma nel mare sono presenti anche altri elementi come l'ossigeno, l'idrogeno, il cloro, il sodio, il magnesio, lo zolfo, il calcio, il potassio ,il bromo, il carbonio, lo stronzio, il boro, il silicio e il ferro; cioè tutti gli elementi naturali. Alcune sostanze, come il carbonio e i fosfati, vengono utilizzate dalle alghe per costruire il loro tessuto vegetale; questo costituisce poi il cibo preferito di molluschi e altri animali marini erbivori, che a loro volta servono di nutrimento agli animali carnivori, come molti pesci.

I costituenti minori, a concentrazioni ben più basse di quelle dei sali principali, sono composti di una gran quantità di metalli, dal litio al cobalto all'oro, compresi quelli delle terre rare (osmio, iridio, palladio). Benché l'oro sia uno dei metalli meno rappresentati, si pensi che le acque oceaniche ne contengono centinaia di migliaia di tonnellate, che però non possono essere sfruttate dall'uomo a causa dei costi di estrazione.

La salinità varia a seconda della profondità, della temperatura delle acque e dell'apporto fluviale. La salinità è più alta alle latitudini tropicali dove più intensa è l'evaporazione, ma varia anche in proporzione agli apporti delle precipitazioni meteoriche e delle acque continentali. Per l'evaporazione molto alta e l'apporto dei fiumi piuttosto basso, la salinità raggiunge il 41 per mille in mari tropicali isolati come il Mar Rosso e il Golfo Persico. Alle alte altitudini, dove l'evaporazione è scarsa e dove l'apporto dei fiumi è piuttosto alto, per il notevole contributo dato dallo scioglimento dei ghiacci, la salinità può scendere anche sotto il 10%, come nel Mar Baltico. Nel Mediterraneo, per il calore dei raggi solari e la mancanza di grandi fiumi, la salinità è abbastanza elevata e oscilla fra il 37 e il 39%.

A causa dei sali che vi sono disciolti, l'acqua di mare è un poco più densa dell'acqua pura: a 4°C, temperatura a cui l'acqua raggiunge la sua massima densità, ogni litro non pesa solo un Kg, ma un Kg e 35g. La densità dell'acqua cresce all'aumentare della salinità: nelle zone tropicali, dove l'evaporazione è forte, le acque superficiali possono diventare più salate, e quindi più dense dell'acqua sottostante, fino a inabissarsi. La densità aumenta anche al diminuire della temperatura. Ciò significa che, se in superficie l'acqua si raffredda, essa diviene più densa e tende a sprofondare spostando verso l'alto l'acqua sottostante. Masse d'acqua densa tenderanno sempre ad accumularsi al fondo degli oceani.

L'acqua del mare possiede una temperatura che è assai meno bassa di quella delle terre emerse; si riscalda lentamente e lentamente si raffredda; ciò significa che, d'inverno, diffonde calore, mitigando il freddo delle terre che vi si affacciano; d'estate, il mare è più freddo delle terre costiere, quindi ne mitiga il caldo. La temperatura dell'acqua marina raggiunge un massimo di 29°C alla superficie degli oceani equatoriali e tropicali. Diminuisce poi via via con la latitudine, fino a raggiungere i -2°C (temperatura a cui l'acqua di mare gela) nelle regioni polari. La temperatura, che dipende essenzialmente dalla radiazione solare, varia anche con la profondità (alle grandi profondità si trova acqua fredda da 1 a 4 °C, ma per effetto della aumentata pressione, la temperatura tende anch'essa a risalire). La diminuzione della temperatura, scendendo in profondità, è di norma lenta per i primi 25-50 m a causa del rimescolamento delle onde e delle correnti; si ha quindi un calo rapido fino a 150-200 m; a profondità maggiori decresce molto lentamente e tende a divenire praticamente costante. I raggi del sole penetrano in profondità solo per alcune decine di metri; dove le acque sono più limpide si raggiungono al massimo i 100-200 m. Soltanto la parte superficiale dell'oceano è dunque illimitata.

Il colore del mare è generalmente azzurro. Può variare però a causa della profondità, delle correnti e della temperatura: l'azzurro è più intenso nei mari caldi, mentre nei mari freddi le acque assumono striature verdastre; infine, il colore può assumere tonalità diverse, a seconda del tipo di vegetazione marina, che comunque può vivere solo fin dove giunge la luce del sole: al di là di questo limite le acque sono avvolte nel buio più profondo. Fino a 200-300 m di profondità dunque le alghe possono crescere, consumando anidride carbonica e producendo ossigeno nel processo di fotosintesi. Anche nel mare la quantità di ossigeno è un fattore importantissimo per la vita. Solo le acque superficiali sono ben ossigenate, mentre in profondità l'ossigeno tende a diminuire. Soprattutto nei mari interni, come il Mar Nero, dove la circolazione è lenta e difficile, l'ossigeno viene presto a mancare, e in profondità la vita è quasi completamente assente.

In corrispondenza delle fosse oceaniche, l'oceano raggiunge le massime profondità, frequentemente comprese tra i 10000 e i 13000 m Ca. Le fosse oceaniche sono sempre associate ad archi vulcanici. L'arco vulcanico può essere impostato sul continente, come nel caso dei vulcani andini, e allora la fossa risulta prossima a quest'ultimo, o può formare un arcipelago, nel qual caso esso risulta per lo più interposto tra il continente e la fossa. La fossa oceanica delle Marianne è la più profonda attualmente conosciuta (11022 m).

Lo strumento adatto a misurare la profondità dei mari è lo scandaglio (lat. scandaculum, der. da scandere = salire).

Dati relativi alla profondità delle acque si sono dimostrati necessari fin dal primo avvento della navigazione, per evitare che la chiglia delle navi andasse a urtare contro rocce sporgenti o incagliarsi su bassi fondali. Lo scandaglio trova inoltre vaste applicazioni in oceanografia, specie se munito di dispositivo per il prelievo di un campione del fondo o di acqua, per poter indagare sulla conformazione e sulla natura dei fondali marini.

Il principio di funzionamento dello strumento è legato a fenomeni fisici diversi, a seconda dell'importanza della misura, della sua precisione e delle condizioni in cui viene effettuata, passando dal più antico scandaglio a sagola, ai più recenti scandagli a ultrasuoni. Il primo è costituito da una fune graduata in metri mediante nodi o segni di riferimento, che porta all'estremità un peso. Viene usato manualmente lasciando immergere gradualmente il peso, a natante fermo o quasi (per evitare l'errore dovuto all'inclinazione del filo), e per piccole profondità (£ 30 m).Per maggiori profondità si può utilizzare: un mulinello su cui si avvolge il filo, collegato a un contagiri che fornisce direttamente la profondità; oppure uno scandaglio a elica, la quale ruota durante la discesa, comunicando il numero di rotazioni a un organo totalizzatore, che da così il valore effettivo della profondità. Un'altra categoria di scandagli sfrutta il principio fisico secondo cui la pressione, in un dato punto di una massa liquida, risulta proporzionale (attraverso il peso specifico del liquido) alla sua distanza dal pelo libero .Si tratta allora di misurare la pressione sul fondo per ottenere la profondità. Questo viene fatto generalmente per via chimica, applicando ad esempio al peso dello scandaglio un tubo di vetro chiuso ad una estremità la cui parete interna è ricoperta di una sostanza che si scolora al contatto con l'acqua di mare (scandaglio a decolorazione). Si immerge lo strumento con l'estremità aperta del tubo rivolta verso il basso perché in esso rimanga racchiusa dell'aria, che è compressa lasciando penetrare l'acqua per un tratto proporzionale alla pressione idrostatica. Infine, in altri scandagli, si misura il tempo che passa tra l'istante in cui un emettitore di ultrasuoni invia un treno d'onde verso il fondo, e ristante in cui un apposito ricevitore (ecometro) coglie l'arrivo dell'onda riflessa.

La batimetrìa (dal greco batys = profondo, e métron = misura) la misura della profondità di ogni punto del fondo di un bacino lacustre o marino; le linee che congiungono punti situati alla stessa profondità rispetto ad una superficie orizzontale di riferimento sono dette isobare.

L'ecosistema marino è uno dei componenti fondamentali della biosfera, che a sua volta può essere considerata come l'ecosistema più grande nel quale si inserisce anche l'uomo. E’ una sorta di macchina autoregolatrice, dotata di una struttura attraverso la quale circola un flusso di energia; il suo funzionamento ed il suo equilibrio si reggono sulla catena alimentare (o catena trofica), che lega fra loro e con l'ambiente fisico i vari organismi della comunità marina.

La maggior parte della sostanza organica su cui è basata la vita del mare viene sintetizzata nella zona eufotica (cioè ricca di luce) ad opera del fìtoplancton, che utilizza i sali minerali disciolti nelle acque. Gli organismi microscopici del fìtoplancton costituiscono il cibo dello zooplancton erbivoro e di alcuni piccoli pesci, che a loro volta servono come alimento al necton, composto da attivi predatori che vengono mangiati da pesci più grandi: gli spostamenti verticali dei vari organismi e la pioggia di detriti organici costituiscono la principale fonte di alimentazione per gli abitanti delle zone sottostanti, mesopelagica e batipelagica, ed anche per il bentos (insieme di organismi che vivono a contatto con il fondale); gli organismi bentonici litoranei utilizzano anche le grandi alghe fìssili e le sostanze sacrificate dai fiumi. La risalita di acque lungo le scarpate continentali riporta in circolo le sostanze organiche decomposte dai batteri sui fondali marini. E così la catena alimentare riprende il suo corso.

Sia i mari che gli oceani sono interessati da tre movimenti: le onde, un movimento irregolare causato dai venti; le maree, un movimento periodico causato dall'attrazione solare e le correnti che caratterizzano invece il movimento costante, così chiamato perché mantiene la medesima direzione con traiettoria costante e quasi sempre con senso circolare.

Il moto ondoso è dovuto principalmente allo spirare del vento. Questo produce sulla superficie del mare delle increspature che aumentando di dimensioni diventano onde forzate. E' possibile però osservare mare agitato da onde anche in zone prive di vento, a causa della propagazione del moto ondoso; inoltre questo movimento non cessa nello stesso istante in cui il vento smette di soffiare, ma si va attenuando lentamente: in tal caso si parla di onde libere. In un'onda si possono distinguere: la cresta e il ventre (o cavo), ossia la parte più rilevata e la parte più depressa; l'altezza, ossia la distanza fra cresta e ventre; la lunghezza, ossia la distanza orizzontale fra due creste e due ventri successivi. Nelle zone di mare aperto si hanno onde di oscillazione: in loro l'acqua è soggetta a soli moti circolari in cui non vi è trasporto d'acqua, in quanto essa non si muove orizzontalmente. Se il vento si rafforza e spira nel senso di propagazione dell'onda, si verifica un'accelerazione del moto delle particelle sulla cresta e una decelerazione delle moto delle particelle del ventre, la cresta ricade verso il basso spumeggiando e da origine ai marosi e frangenti. Le onde di traslazione, invece, in cui vi è trasporto di acqua, in prossimità della costa si rovesciano in avanti, prendendo il nome di frangente di spiaggia, il flutto di ritorno ha il nome di risacca.

Importanti sono anche la velocità di propagazione, cioè lo spazio percorso nell'unità di tempo dalla cresta, di solito espressa in Km; il periodo intervallo di tempo compreso tra due passaggi consecutivi di una cresta per lo stesso punto fisso; infine la direzione dell'orizzonte da cui l'onda sembra provenire. L'altezza delle onde può essere misurata attraverso gli ondometri. In altezza le onde superano di norma i 7/9 m (onde di tempesta) raggiungendo valori massimi di 15/18 m in casi eccezionali (come terremoti marini). Nei mari mediterranei esse sono sempre meno alte che negli oceani. In lunghezza invece le onde possono raggiungere valori molto più elevati: 180/200 m. Quando le onde marine battono contro un ostacolo si riflettono. Il fenomeno della riflessione delle onde consiste in un'oscillazione verticale del livello marino a breve distanza dall'ostacolo. Si ha per lo più in corrispondenza di coste alte con fondali profondi. In acque basse invece abbiamo il fenomeno della rifrazione delle onde legate invece all'influenza del fondale che fa risentire i suoi effetti sulle onde non appena la profondità si riduce di all’incirca a L/2 (dove L è la lunghezza dell'onda): il fondale produce quindi uno spostamento orizzontale dell'acqua. Tale fenomeno è molto importante per l'accumulo dei materiali sabbiosi e ciottolosi lungo le spiagge ed è particolarmente evidente ai piedi dei promontori dove si osservano gli spruzzi più alti delle onde.

Il moto ondoso inoltre può essere sfruttato per produrre energia pulita. Infatti è stato calcolato che su un tratto di costa esteso 100 Km il moto ondoso produce energia, tale da soddisfare il fabbisogno di un milione di persone. Tra i vari metodi sperimentati quello che offre delle buone prospettive è il cosiddetto anitre di Salter: dal nome del loro inventore S. Salter per la loro somiglianza in sezione con il corpo di un'anitra. Sono una serie di galleggianti lunghi 30 m e larghi 18, montati su un asse articolato che, sollevandosi ad ogni onda ne assorbe energia; l'energia così catturata viene trasferita ad una turbina che aziona un generatore elettrico.

Si chiamano maree le variazioni periodiche di livello della superficie del mare, ossia i movimenti verticali della massa liquida dovuti principalmente alle attrazioni che gli astri più vicini alla terra esercitano sulla superficie liquida del nostro pianeta. In genere, questa variazioni del livello del mare, coincidono con il giorno lunare (24 ore, 52 minuti ca.), durante il quale si alternano due alte con due basse maree (la loro differenza determina l'ampiezza della marea).Per circa sei ore si ha il flusso (e cioè il livello del mare aumenta fino a giungere a una altezza massima, detta alta marea), quindi, dopo una sosta più o meno breve durante la quale il livello si mantiene invariato, segue il riflusso per il quale il livello diminuisce per circa sei ore, fino alla bassa marea, dopo una sosta ricomincia il flusso e il fenomeno si ripete con le medesime fasi.

Il comportamento delle maree era già noto ai Greci e ai Romani, ma solo dopo che Newton ebbe enunciato la legge della gravitazione universale, fu possibile dare una interpretazione soddisfacente di questo fenomeno. Osserviamo innanzitutto che, pur avendo il Sole una massa notevolmente maggiore di quella della Luna, questa si trova però assai più vicina alla Terra: l'attrazione esercitata dal Sole è molto inferiore a quella esercitata dalla Luna (con un rapporto di ½,73), per cui la periodicità delle maree è essenzialmente legata al ritmo dei movimenti lunari, inoltre quando in un punto si ha l'alta marea, essa si presenta anche al suo antipode, perché in questo caso (legge di Darwin) interviene anche la forza centrifuga dovuta al moto di rivoluzione del sistema Terra-Luna.

Il comportamento reale delle maree si discosta notevolmente dallo schema teorico e risulta più complesso:

- gli oceani non ricoprono in modo uniforme il globo;

- il fenomeno è legato sia alla profondità e alla forma dei bacini marini, sia alla direzione e alla configurazione della linea di costa;

- esso dipende anche dall’effetto delle forze d'inerzia, dalle masse d'acqua e dal loro attrito sul fondo.

In generale si osservano due oscillazioni complete del mare durante un giorno lunare, avendosi un'alta e una bassa marea ogni 12 ore e 25 minuti (maree semidiurne).Tuttavia esistono delle zone in cui in un giorno lunare si manifesta un solo flusso e un solo riflusso (maree diurne), ed altre ancora in cui si hanno due alte e due basse maree ogni giorno lunare ma con ampiezza diversa (maree miste).

Luna e Sole provocano anche maree atmosferiche, alte qualche Km, e maree continentali, che deformano periodicamente la crosta solida terrestre.

A causa dell'attrito col fondo e dell'attrito interno delle masse d'acqua, l’alta marea non si verifica esattamente quando la Luna culmina sul meridiano del luogo considerato, ma si può presentare con un certo ritardo detto ora di porto che varia da punto a punto e può raggiungere anche le 12 ore. La conoscenza di tale ritardo è importante ai fini del traffico portuale; a questo scopo si effettuano le previsioni delle maree e si costruiscono delle carte su cui vengono disegnate le linee isocotidiali, luogo dei punti in cui l'alta marea si verifica con lo stesso ritardo rispetto al passaggio della Luna su un meridiano prefissato (di solito Greenwich). Ogni linea è contraddistinta da un numero che indica appunto l'ora di porto.

In media il dislivello tra alta e bassa marea, che è di poche decine di centimetri nel Mediterraneo, raggiunge gli 8m nella Manica, i 13m nel Golfo di California, i 15m sulle coste della Nuova Scozia, i 19,6m nella Baia di Fundy. Tale fortissima ampiezza si spiega con il fatto che nel suo moto di propagazione la marea viene rallentata e quindi si gonfia per compressione, essendo sempre più costretta dal progressivo restringimento della costa e dalla diminuzione della profondità del fondale. La spiegazione più valida del diverso comportamento delle maree nelle varie zone del globo viene fornita dalla teoria dell'onda stazionaria o teoria dell'onda oscillante. Essa si basa sul concetto che i vari oceani e i mari più grandi sono suddivisi, dalla configurazione irregolare del fondo, in diversi bacini (ad es., nel Mar Mediterraneo si possono individuare un bacino occidentale uno orientale ed altri minori, come l'Adriatico); in ognuno di questi bacini di marea la massa d'acqua oscilla per effetto delle forze lunisolari, ma con ampiezza e periodo che dipendono dalla forma e dalle dimensioni di ciascun bacino. L'oscillazione possiede anche un moto circolare impartito dalla rotazione terrestre (forza di Coriolis), che fa girare l'alta marea in senso antiorario nel nostro emisfero attorno a punti nodali. In tali punti anfidromici (nel Mediterraneo se ne trova uno nel Canale di Sicilia, uno nel Mar Egeo ed un altro in Adriatico, il livello marino rimane costante cioè le maree non si verificano affatto, e da essi si irradiano le linee cotidiali, lungo le quali l'ampiezza di marea va progressivamente aumentando.

Tentativi di utilizzazione dell'energia delle maree avevano avuto un certo successo già nell'antichità. In Oriente e sulle coste dell'Europa settentrionale esistono ancora mulini a marea conosciuti e impiegati nel Medioevo e nel Rinascimento.

Oggi si tende ad utilizzare le maree per produrre energia elettrica. Molti progetti riguardano siti dove le ampiezze sono particolarmente notevoli e la quantità di energia implicata nei movimenti di flusso e riflusso è enorme come ad es. nella Baia di Fundy, mentre in Francia è già in funzione dal 1967 una centrale mareomotrice.