ชีววิทยาทางทะเล
มหาสมุทรเป็นบ้านของสิ่งมีชีวิตมากมายบนโลกนี้ ทว่าเพราะขนาดที่ใหญ่และความซับซ้อนของมหาสมุทรนั้นทำให้มีหลายๆส่วนที่ยังไม่ถูกสำรวจ ทั้งนี้เราจึงไม่สามารถคาดเดาจำนวนสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในมหาสมุทรทั้งหมดได้ ประมาณ 71% ของพื้นผิวโลกนั้นครอบคลุมด้วยมหาสมุทร ที่อยู่ของสิ่งมีชีวิตใต้น้ำที่มีการศึึกษาในชีววิทยาทางทะเลนั้นมีหลากหลายตั้งแต่ ในชั้นบางๆของแรงตึงผิว ระหว่างน้ำและชั้นบรรยากาศ ซึ่งเป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิตเล็กๆ ไปจนถึง ร่องลึกก้นสมุทร ซึ่งสามารถมีความลึกได้มากกว่า 10,000 เมตรใต้ผิวน้ำ โดยจำเพาะตัวอย่างของที่อยู่อาศัยมีเช่น พืดหินปะการัง ป่าสาหร่ายเคลป์ (kelp forests) ทุ่งหญ้าทะเล ภูเขาไฟใต้น้ำ ปล่องไฮโดรเทอร์มอล แอ่งหิน พื้นโคลน พื้นทราย และ พื้นหินใต้ทะเล รวมไปถึงพื้นน้ำ (pelagic zone) ซึ่งปราศจากของแข็งและมีเพียงผิวน้ำที่เป็นขอบเขตที่สังเกตได้ สิ่งมีชีวิตที่ศึกษาก็มีตั้งแต่ ที่มีขนาดเล็กมากอย่าง แพลงก์ตอนพืช และ แพลงก์ตอนสัตว์ ไปจนถึง สัตว์ในไฟลัม ซีทาเซียซีทาเซีย (อันดับวาฬและโลมา) ซึ่งมีขนาดลำตัวยาวได้ถึง 30 เมตร หรือ 98 ฟุต
ภาวะโลกร้อน
มีประเด็นปัญหาอื่น ๆ อีกมากที่ยกขึ้นมาว่าเกี่ยวข้องกับภาวะโลกร้อน หนึ่งในนั้นคือการเป็นกรดของมหาสมุทร (ocean acidification) การเพิ่ม CO ในบรรยากาศเป็นการเพิ่ม CO ที่ละลายในน้ำทะเล CO ที่ละลายในน้ำทะเลทำปฏิกิริยากับน้ำกลายเป็นกรดคาร์บอนิก ซึ่งทำให้มหาสมุทรมีความเป็นกรดมากขึ้น ผลการศึกษาประเมินว่า ค่า pH ที่ผิวทะเลเมื่อครั้งเริ่มยุคอุตสาหกรรมมีค่า 8.25 และได้ลดลงมาเป็น 8.14 ในปี พ.ศ. 2547 คาดว่าค่า pH จะลดลงอีกอย่างน้อย 0.14 ถึง 0.5 หน่วย ภายในปี พ.ศ. 2643 เนื่องจากมหาสมุทรดูดซับ CO มากขึ้น ทว่าสิ่งมีชีวิตจุลชีพและระบบนิเวศจะดำรงอยู่ได้ในช่วง pH แคบ ๆ ปรากฏการณ์นี้จึงอาจทำให้เกิดปัญหาการสูญพันธุ์ อันเป็นผลโดยตรงจากการเพิ่มปริมาณ CO ในบรรยากาศ ผลกระทบที่ตามมาก็คือห่วงโซ่อาหารจะมีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งอาจส่งผลโดยตรงต่อสังคมมนุษย์ที่ต้องพึ่งพาระบบนิเวศทางทะเลอยู่มาก