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人类生活在被海洋环绕的陆地上，利用海洋的历史非常悠久。人类的祖先早已开始学会从海洋中捕鱼，通过海水制盐以及依靠海路航行实现交通和通商。在航空和铁路发展之前，航海是人类跨大陆运输和旅行的唯一方式。人类在利用海洋并不断向海洋索取的同时，也逐渐开始对海洋的考察和探索，但有历史记载、真正意义上海洋调查研究的时间却不是很长。如果将1872年12月英国海军利用“挑战者”号调查船开展的历时3年5个月的海洋调查作为人类历史上首次综合性的海洋科学考察，那么到目前为止，人类利用船舶进行现代海洋调查研究的历史也只不过近150年。
在这次调查之后，德国、俄罗斯、挪威、丹麦、瑞典、荷兰、意大利、美国等许多国家也相继派出海洋调查船进行环球或区域性海洋探索性调查，但因当时作为调查平台的船舶和海洋调查设备有限，大部分还是以生物调查为主的。
第一次世界大战后，随着海洋学研究和海洋科学考察活动的重新升温，以及如回声测深仪等先进探测设备的发明，海洋调查逐步从以生物调查为主的“探索性航行调查向”承担海水理化性质和海底地质、地貌调查的“特定海区专门性调查”的转变。
“挑战者”号环球海洋调查的成果极大地丰富了人们对海洋的认识，提高了人们对海洋的兴趣。由“挑战者”号海洋调查活动带动的这一时期海洋调查不仅关注海洋表面，而且开始关注海面以下的空间以及海流、温度等海洋物理、化学、生物和地质等方面的变化规律，这些调查研究为近代海洋物理地球学、海洋化学、海洋生物学和海洋地质学的建立和发展奠定了基础。“挑战者”号的环球海洋调查成为世界海洋科学发展史上的里程碑，开启了人类从宏观上对海洋水体进行科学研究并探索其自然规律的新时代。
第二次世界大战（简称“二战”）后，海洋调查有了显著发展；但使用的调查船大多是利用旧船改装。20世纪50年代末期，出现了专门设计建造的海洋调查船。至今，海洋调查船的发展大致经历了两个主要发展时期。第一时期，为20世纪初至80年代，随着电子计算机的应用以及各种先进海洋调查设备的出现，现代化高效率海洋调查船逐渐诞生。第二时期，为20世纪80年代至今，随着船舶电力推进系统和动力定位系统的逐步推广应用，各种专业科学考察设备的更新换代及计算机网络化等技术的发展，国内、外一批先进的海洋调查船或综合科考船诞生。其调查方式分为以下几方面。
20世纪初，海洋学的发展主要是以生物调查为主，在二战期间，因为战争需要，水声技术的发展，推动了海洋科学在理论方面的发展。20世纪50年代前，海洋调查船基本上都是以单船走航方式作业的。这种以单船走航方式进行的海洋调查，各国的调查次数总计为300多航次，并且这些调查的范围也不大，集中在几个海区；调查持续的时间也不长，观察手段也十分落后。
根据这300多航次的单船调查资料，海洋学专家发现了海水主要成分相对含量的恒定性，测量了海水氯度、盐度和密度的重量分数及海水中各种元素的含量。在海洋地质方面，人们对海底地貌、沉积物分布有了初步认识和了解，对海洋生物中的较大生物进行了分类，并对生物与环境之间的关系进行了研究。在海洋地球物理学方面，对潮汐、海浪、海流的研究多有建树，并绘制了世界大洋的海流图轮廓，提出了与之相应的世界大洋环流的基本理论——风生漂流理论。
由于单船调查不能满足海洋调查日益发展的需求，20世纪50年代开始，出现了多船联合调查，单船海洋调查方式并存至今。
如1986年至1990年中美西太平洋热带海气相互作用联合调查，我国派出“向阳红05”号和“向阳红14”号海洋调查船参加。又如1986年至1992年中日黑潮合作调查，我国派出“向阳红05”号和“实践”号海洋调查船参加，日本派出“昭洋丸”、“拓洋丸”和“海洋丸”等14艘海洋调查船参加调查，此次调查对中国台湾海峡暖流、对马海峡暖流的来源、路径和水文结构等提出了新的见解。
为了解热带西太平洋“暖池区”通过海气耦合作用对全球气候变化的影响，在1992年11月至1993年2月在热带西太平洋进行了连续四个月海上调查，有19个国家和地区以不同方式参加了此项活动。这次调查中，由3个卫星系统、7架飞机、14艘调查船、31个地面探空站和34个锚系浮标等构成了一个立体观测网进行观测。我国参加的单位有原国家海洋局、中国科学院、国家教育委员会、国家气象局，并派出“向阳红05”号，“科学一”号，“实验3”号海洋调查船参加了全过程的观测和调查。
经过一个多世纪的发展，海洋调查作为一项专门的研究手段，正逐步形成自己的体系。现在的海洋调查已形成对某一特定海区的水文、地球物理、化学、地质、地貌、生物、气象、声学等进行大面积调查、断面调查，以及连续观测和辅助观测的综合调查研究能力。与多种研究探测手段相比，如卫星和飞机遥感遥测、定置浮标自动观测、漂浮站自动观测、无人机和无人艇观测，以及以上多种手段的同步综合观测等，当前最基本、最灵活、最经济有效的探测手段仍是船舶观测，其他观测手段可与之形成配合和辅助。