Un primer rasgo del agua marina es su composición. El agua del mar está formada por una compleja solución química de muchos minerales derivados de la corteza terrestre y de sales orgánicas que provienen de restos de plantas y de animales. Los principales componentes sólidos disueltos en el agua del mar son el cloro (55,1%) y el sodio (30,6%). En una presencia mucho menor se encuentra el sulfato (7,6%), el magnesio (3,7%), el calcio (1,2%) y el potasio (1,1%).

El agua del mar es evidentemente salada y esta salinidad indica la concentración de sólidos disueltos. Esta concentración varía dependiendo del espacio y del tiempo debido a las diferencias existentes entre evaporación y precipitación, así como por la aportación de agua dulce proveniente de los continentes y los casquetes polares.

En promedio la salinidad del agua de los océanos es de unos 35 PSU (practical salinity units), pero existen importantes diferencias latitudinales. La máxima salinidad en mar abierto se encuentra en las latitudes comprendidas entre los 20º y 30º Norte y Sur, con una relación directa con la evaporación e inversa con la precipitación. Ahora bien, los valores más elevados se registran en los mares cerrados o poco abiertos del hemisferio norte como el mar Mediterráneo o el Mar Rojo, donde la evaporación es muy grande, la precipitación no es muy importante y las aportaciones de agua dulce de los ríos son poco significativas.

La concentración de sal disminuye a medida que aumenta la latitud. Un lugar donde se registran valores muy bajos es el Golfo de Botnia, situado en el extremo norte del mar Báltico. Sin embargo, en las latitudes ecuatoriales los valores son inferiores a las franjas inmediatamente adyacentes debido a la mayor precipitación y de la aportación de agua dulce de ríos como el Amazonas o el Congo.

Otra característica a tener en cuenta es la temperatura del agua del mar, que sirve para diferenciar una masa de agua de otra y que origina movimientos verticales debido a las diferencias de densidad. La temperatura del agua del mar en superficie disminuye a medida que aumenta la latitud. La media anual en la zona ecuatorial es de unos 30 º C, mientras que los polos es de unos 2 º C bajo cero. Los mares del hemisferio norte son más cálidos que los del hemisferio sur porque en el primero se da la presencia de más tierras emergidas mientras que en el segundo está la Antártida. En mar abierto las isotermas van muy en paralelo a la latitud, gradación que se ve distorsionada por la presencia de los continentes. La temperatura del agua del mar no varía sólo en superficie, sino que también lo hace en profundidad.

Como consecuencia de las diferencias de salinidad y temperatura el agua de los océanos presenta densidades diferentes tanto en superficie como en profundidad. Así, la densidad disminuye con el aumento de la temperatura, el descenso de la salinidad y la bajada de la presión. Es por ello que la densidad aumenta latitudinalmente desde el ecuador hasta los polos, la densidad también aumenta en profundidad hasta llegar a la picnoclina, a partir de la cual ya no aumenta, a pesar de ganar profundidad.