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作为地球资源宝库的海洋，提供了约85％的水产资源，其中鱼类是人类日常所需蛋白质的主要来源；海洋中还蕴藏着丰富的藻类，可为整个海洋生态圈提供有机物和能量的积累；同时，在海水中已发现的化学物质有80多种，其中11种为海洋溶解物质的主要成分。海水的运动产生了大量的动力资源，如潮汐能和波浪能等，且全球性的海洋运动影响着大洋环流和全球气候变化。另外，深度大于1 000 m的深海区域以其独特的生存环境和能量供给方式衍生出多种多样的生态系统和大量特殊的生物群落，为生物多样性的研究提供更充足的资料，尤其是热液和冷泉区等极端环境下存在的嗜压、嗜氧和化能合成微生物等。此类特殊的生命现象在探索生命起源方面具有重要的研究价值。因此，针对海洋生物、海洋地球化学、海洋矿物资源、海洋地球物理、海洋环流观测和海洋极端环境等开展探索性研究，有助于深入理解海洋的运作机制，科学且合理地保护和开发利用海洋资源。
地球上的生命起源于海洋，据目前粗略统计，世界海洋生物物种有20多万种，分布在海洋的各个角落。我国海域辽阔，大陆海岸线长约1.8万 km。广阔的海域中蕴藏着大量的生物资源。据调查，我国海域内有2.8万多种海洋生物，是潜在的巨大资源宝库，具有巨大的生态贡献和丰富的医药价值。海洋生物经过生长、发育、繁殖和进货，源源不断地补充和更新，并通过自然选择达到数量上的相对稳定。但海洋生物资源并非取之不尽，用之不竭。近年来，人类为追求经济利益涸泽而渔，对海洋生物进行盲目地捕捞和资源掠夺，加上海洋生态环境的破坏和全球气候变化对海洋生物的威胁，使得海洋生物面临着生态平衡被破坏，甚至物种灭绝的危险。只有充分了解海洋生物与海洋环境的相互关系，研究物种分类与分布、生物生理与遗传、生命起源与演化，特别是生物所处的特殊生态系统，才能促进海洋生态系统的正常循环。
物种分类是现代生物学的基础，是认识生物多样性的前提。海洋有比陆地更丰富的物种多样性。我国在海洋生物物种研究方面也做了大量的工作，如《海藻志》记录了我国大型海藻的物种类型及其分布特点，《中国动物志》记录了甲壳动物、软体动物和鱼类等几乎所有重要的海洋生物门类，台湾学者发表的《台湾鱼类志》和《台湾珊瑚志》等书籍丰富了对我国台湾省周边海洋生物的分类与认知。2019年，在深海区域的研究中，我国科研人员利用整合分类法发现了马蹄螺科的两个新物种“马里肋马蹄螺”和“威氏肋马蹄螺”，建立了新属和新亚科，并推测出该类群的进化扩散路径可能与一些底层洋流驱动的幼虫扩散有密切关系。完善海洋生物分类，有助于发掘更多有潜力的海洋生物资源，构建海洋生物多样性完整的信息库。
人类对深海的不断探索，推翻了深海无生命论，恶劣环境下的生物适应性机制及其演化历史正逐步得到解析。生命起源于海洋，从单细胞生物到多细胞生物，从水生到陆生，从自养到异养，不断地演变。在开展糠虾目系统发育学分析过程中，相关研究显示，糠虾目动物在中生代多次由浅海向深海扩张，时间与地质史上三次大规模的海洋缺氧时间吻合，深海糠虾类的眼板退化现象不是单一起源而是平行演化的结果，这为深海无脊椎动物起源、系统发育和适应性进化研究奠定了基础。另外，随着高通量测序技术的发展，研究人员能够获得生物体完整的遗传信息，并通过多组学分析，结合解剖学特征，在遗传、分子、形态、生态等不同层次阐述深海生物的适应性进化。比较在深渊区域与浅海域生活的狮子鱼可知，深渊狮子鱼具有透明、无色素的皮肤和鳞片，薄且不完全骨骼化的骨骼，非闭合头盖骨等形态学特性，以及与骨骼发育相关的bglap基因发生移码突变、稳定蛋白结构的hsp伴侣蛋白发生关键性突变等遗传变化，进一步解释了深渊狮子鱼对深海环境的适应性。对深海生命的研究有助于探讨生物在极端环境下的组成、分布及生命活动规律，为生物进化研究提供理论支持。
海洋地球化学研究是以海洋中的溶解成分、微量元素、有机质、核素和沉积物孔隙水等为主要研究对象，开展对相关元素或化学组分在海洋中的迁移、转化过程、分布规律及物质通量等的研究。自从地表出现海洋，大量岩石风化产物和火山喷发物等被河川带入大海，并在漫长的地质演化过程中不断发生着转移和转化，形成了如今海水的主要溶解成分。
海水中的盐类和各种天然化学元素作为海洋资源的重要组成部分，含有包括大量钠、镁、钙、钾、锶、氯根、硫酸根、碳酸氢根、溴根和氟根等离子在内的多种化学成分。海水中的微量化学元素，如氮、磷、硅、铁、铝、锰等，虽含量较低，却是海洋无机悬浮颗粒的主要成分，其中部分元素也作为海水的营养盐类，参与海洋生物的生命代谢活动。在未被开发的微量元素中，铀、钾、碘等是陆地的稀缺资源，部分元素具有较高的经济价值和战略价值，其中，铀为原子能工业的重要核燃料。随着各国核电事业的发展，全世界对铀元素的需求将逐渐增长。充分利用海洋中丰富的矿物原料和核资源，对解决工业生产原料匮乏和能源不足等问题有着重要的战略意义。
元素的空间分布规律对探索海洋生命系统的能量供给方式和海洋生命要素之间的协同演化关系起到了关键作用。传统有机质的形成常伴随着生命活动的进行，如动物和植物会产生分泌物、遗体残渣等。研究发现，存在于海洋6 500 m深处俯冲带地区的蛇纹石化橄榄岩中的固态有机质主要由脂肪族和芳香族化合物组成，此有机质存在于微米级磁铁矿晶粒和蛇纹石纳米孔隙中，但经过拉曼光谱分析，并未得到与生物有机质相关的信息，这表明蛇纹石纳米孔隙和相关催化活性矿物质的物化特性在有机质非生物合成过程中起到了关键作用。因此，可以推测非生物成因有机质可为地球岩石圈生命系统提供代谢能量，这为揭示早期海洋生命起源提供了重要依据。
探索深海沉积物中富集的特殊化学元素及其分布规律，可促进全球性海洋污染形成机制研究与海洋环境治理等前沿科学的发展。研究发现，海沟单位面积汞埋藏通量比全球深海平均值高数十倍甚至数百倍。伴随工业化的发展，在海底沉积物中不断发现持久性有机污染物，且在部分地区发现了令人惊讶的高浓度含量，如：在马里亚纳海沟挑战者深渊表层沉积物中，多氯联苯类的总浓度为931 ~ 4 195 pg/g，类二
英多氯联苯的浓度为0.65 ~ 14.9 pg/g，比大多数从工业区采集到的海洋表层沉积物中的毒性当量还要高。这些持久性有机污染物通过大气和水等环境介质长距离迁移并长期存在，经食物链逐级生物富集，并传递到海洋最深处。此类物质在海底不断富集，将给海洋生态系统带来不可忽视的危害，因此，研究海洋中特殊化学元素的含量及其分布规律，能为治理全球性海洋污染提供宝贵的数据资料和理论依据。
大洋深处蕴藏着丰富的石油、天然气和固体矿产资源等，目前探寻到的固体矿产以多金属结核、多金属硫化物、富钴铁锰结壳和深海稀土为主。随着人类对海底认知能力和相关技术的进步，深海矿物资源也逐渐被发现，规模性开采成为现实。
多金属结核也被称为“铁锰结核”，主要分布于4 000~6 000 m的海底沉积物表层，其外观一般为不规则球状，表面大多光滑，部分因被埋藏在沉积物中而呈现粗糙表面，其中富含铁、锰、铜、钴、镍、钼和铂等多种金属物质，这些金属物质主要来源于陆地金属溶解或海底热液排放。太平洋作为多金属结核主要富集区，锰结核覆盖面积近2.3×10 7 km 2 ，总资源量达1.7万亿 t，其中含锰4 000亿 t、铜88亿 t、钴58亿 t和镍164亿 t，相当于陆地储量的几十倍至几千倍。
多金属硫化物主要分布在水深1 000 ~ 5 000 m的大洋中脊、岛弧、弧后盆地等环境中，多以沉积层、块状、球状等形态存在。深海海水从上层渗入地层空间，被地壳之下的岩浆加热之后，从黑烟囱中排出，其温度可达400 ℃。高温热液与冰冷的海水混合时，水中的金属硫化物就沉淀到烟囱中及其附近的海底。这些金属硫化物富含铁、铜、铅、锌、金、银、钴、镍、铂等金属，不同构造环境的海底硫化物矿床，所含成分也不同，与海底火山构造类型有密切的关系。
富钴铁锰结壳主要分布在大洋800~2 500 m深度的海山、洋脊、海丘的顶部和侧翼等，在海底形成厚的结壳或结皮，呈黑色块状或薄片状，平均厚度为2~5 cm，最厚处可达约24 cm。它富含钴、铁、锰、镍、铅、锌等金属及稀土元素，其中钴的含量是陆地钴矿石的20倍以上。在大约635万 km 2 的海底中，约有1.7％为富钴铁锰结壳所覆盖，其中钴的含量大约为10亿 t。研究显示，结壳中矿物的形成与细菌活动相关，是从周围冰冷的海水中析出并沉淀到岩石表面形成的。
稀土被称作“工业维生素”，广泛应用于航空航天、机械电子、石油化工等相关行业。2011年，日本科学家称在太平洋下发现了大量稀土资源，且蕴藏量相当丰富，此后深海稀土引起了广泛关注。深海稀土广泛存在于深海软泥、多金属结核和富钴结壳中，且后两者的稀土含量高于深海软泥。研究表明，稀土元素与深海磷酸钙存在强正相关关系，磷灰石是一种重要稀土赋存矿物。
我国是目前在国际海底区域拥有最多资源专属勘探权和优先采矿权的国家，未来必定会加快深海矿产资源开发和布局的步伐。只有了解矿产资源的分布规律、储量、品级和矿位深浅等状态，才能有效、合理地利用和保护海底矿产资源。
海洋地球物理学的快速发展得益于科学技术的进步和对海洋综合资源的新需求，其主要应用于石油和天然气等海洋资源探测，以及海底地形地貌和海洋地球物理场的获取，在帮助人类认识大陆边缘的形成与演化机制，以及地震、海啸、孤岛的形成与俯冲带断层活动之间的关系等方面占据举足轻重的地位。海洋地球物理技术在大洋探测、开发保护地球、地球演化、建立现代板块构造理论和引发地球科学革命中起到关键性的作用。
海洋中不仅有丰富的石油和天然气资源，还有滨海砂矿、浅海重矿物、海底煤田、热液硫化物、多金属结核和结壳等众多潜在资源。天然气水合物，俗称“可燃冰”，是天然气和水在高压、低温等条件下形成的类冰状结晶物质，其广泛存在于深海沉积物区和陆地永冻土地区。据我国国土资源部的调查统计，整个南海的天然气水合物储量约为700亿 t石油当量，具有极高的开采利用价值。围绕深海地球物理探测，需要开发多种用于地球物理和原位监测等的仪器设备，完成深海资源发掘、保护和利用。
海底有众多海山、海丘、海岭、海沟和深海平原。洋中脊绵延数万千米，宽至数千千米，其长度和广度比陆地任何山系都要宽广，形成了十分复杂的海底地形。因此，获取海底地形地貌信息，建立包含三维图形和坐标在内的电子信息库，为地形辅助导航技术的发展提供了必要条件。海洋深处不仅拥有大量地形地貌信息，重力场和磁场等物理信息在战略反潜、水雷探测、惯性制导和应急救援等方面也有重要应用，这为未来高科技海军武器装备作战效能的发挥提供了基本的环境信息保障。
深海地质经历了复杂的演化过程，科学界对其动力学机制仍不清楚，且该问题需要大洋钻探、地磁异常观测、深部地震实验、地球化学分析和动力学模拟等多学科交叉研究。地球漫长的地质演化常伴随着自然灾害的发生，如：海底发生逆冲断层，当断层运动时，海底突然发生垂向运动，导致海水层整体急剧抬升或下降，并向外传播，产生海啸。2010年10月发生在印度尼西亚苏门答腊附近的海啸造成几百人死亡，上万人无家可归，对沿海地区城市发展破坏极大。研究海啸等自然现象与地质板块活动的关系，并长期对其进行活动监测，能够推动海洋地球物理科学的发展。
浩瀚的海洋是一个活跃且复杂的物理系统，受大气风场、海表热通量和淡水通量、天体引潮力、地球旋转等热力和动力因素影响，表现为不同时空尺度的海水运动，包括密度分布不均产生的热盐环流，风场驱动的风生环流，引潮力产生的潮波运动，因各种扰动而产生的波浪、涡旋和内波，以及小尺度的湍流等。大尺度海洋环流是地球物质和能量再分配过程的主要动力来源，对海洋环境和全球性气候变化具有重要的影响。自工业革命以来，持续性排放的温室气体不断增加，导致全球增暖加剧，而海洋获得了大量额外热量并持续增暖，使得大尺度海洋环流加速的影响延伸至数千米深的深海，从而影响整个海洋生态系统。在全球尺度上开展海洋环流长期连续观测与动力机制研究，对理解海洋生态系统和预测地球未来气候变化具有深远意义。
在海洋上层，海水运动主要受海表风场的控制，通常将上层环流称为风生环流。目前对上层海洋环流的研究比较充分，如其在北太平洋表现为一个顺时针环流，由北赤道暖流、北太平洋暖流和加利福尼亚寒流组成；在南太平洋表现为一个逆时针环流，由南赤道暖流、东澳大利亚暖流、西风漂流和秘鲁寒流组成。洋流将赤道附近的暖水向高纬度海域输送，而将极地和高纬度的冷水向赤道海域输送，构成了世界大洋的主要环流体系，其中，暖流对大洋沿岸有升温和增湿作用，寒流对大洋沿岸则起到降温和减湿作用。寒、暖流交汇区域浮游生物增多，为当地海域的鱼类提供大量饵料，如：纽芬兰和日本北海道等世界著名渔场的形成都与寒、暖流交汇有关。另外，海洋上升流也将大量深海硅酸盐和磷酸盐带到海水上层，促进浮游生物繁衍与生存，如：秘鲁附近海域水产丰富的原因就与此相关。因此，研究海洋环流结构及其与自然环境的相互关系，将有助于理解全球性气候现象和海洋生物分布规律。
在海洋深层，环流主要因海水密度分布不均而产生，而密度场由温度和盐度决定，故又将深层环流称为热盐环流。垂向混合是驱动深层环流的重要机制，其通过水团、热量、物质的垂向输送等过程维持海洋的稳定层化及能量平衡，不仅影响着海洋生物迁徙必需的营养物质传输，还为深层环流提供源源不断的动力，进而对全球气候变化产生重要影响。研究表明，马里亚纳海沟作为地球海洋深处独特的生态系统，其特殊物种的迁移需要营养物质和能量输入，即使深渊环境相对平静、内潮能相对较弱，微弱的深海内潮能量在弱层结的深渊中也能够产生剧烈扩散混合，驱动着深层水团迁徙和极端生态环境演变。利用深海连续观测和数值模拟等方法，分析深渊潮流时空分布特征与演变规律，将有助于把握物种迁徙规律和全球性气候变化的影响机制。
深海极端环境作为近五十年来海洋地质科学领域的重大发现之一，以其高压、低温、黑暗、乏氧等理化环境特征，塑造了深海生物的特殊生命过程。深海生物体的独特生理结构、代谢机制和共生关系等问题也成为近些年研究的热点。虽然科研人员已对深海极端环境中生存的生物开展了大量科学研究，但仍存在众多未解之谜，如：科学家在冲绳海槽弧后张裂体系中发现了仍保留着远古生物特征的三种蔓足类生物，日本科研团队在南太平洋深海区域采集到了存活一亿多年的微生物群落。研究深海极端环境下生物的生命特征，将有助于进一步了解地球生命起源、发展和演化的过程。
深海热液系统是深海极端环境的重要组成部分，其周围汇集了复杂多变的物化环境，不仅是多种矿物天然的摇篮，还因蕴含着丰富度较高的生物群落而被称为“深海沙漠绿洲”。1977年，美国“阿尔文号”载人深潜器在太平洋加拉帕戈斯群岛附近的深海热液区发现了完全不依赖光合作用生存的独立生命体系，开启了人类研究深海热液系统生物群落的新征程。迄今的调查研究表明，热液系统生物群落在各大洋中皆有分布，但不同海域热液区的生物群落呈现明显差异：在西太平洋热液区，以贻贝科和瓣鳃类为主，如贻贝、蠕虫和虾等；在北斐济海盆热液系统中以腹足类为主；在东北太平洋胡安德富卡洋脊热液区以多毛类和腹足类为主。由此可见，深海热液系统为海洋领域的科学家研究地球生物多样性提供了宝贵的生物资源库。
深海环境营养资源相对匮乏，却孕育着丰富的生命体，其中，深海微生物数量巨大且活跃，是驱动深海有机物循环的重要因子，同时也在生物地球化学循环中发挥着重要作用。在深海高压、较大温差和酸碱性等极端物化环境下，生存的细菌和古菌微生物形成了嗜温、嗜压和嗜酸碱等各类适应性生理机制，可在无光的条件下利用硫化氢（H 2 S）和甲烷（CH 4 ）等还原性化合物形成化能合成生态系统，完成生命体的初级生产。同时，随着人类对地外天体的不断探索，发现地外生命的可能性逐渐提高，解析深海微生物在多重极端环境中进化和生存的机理，不仅可加深对地外天体生物的认知程度，还可为地外生命体的探索提供理论参考和科学依据。