Как и в любой другой научной дисциплине, в океанологии выделяются теоретические и экспериментальные исследования. Они тесно взаимосвязаны. Данные наблюдений, получаемые в экспериментах, требуют теоретического осмысления, чтобы составить целостную картину устройства интересующего вас объекта - океана. Теоретические модели в свою очередь подсказывают, как организовать последующие наблюдения, чтобы получить как можно больше новых знаний.

До недавнего времени основным средством экспериментального изучения океана, если не считать попутных наблюдений любознательных мореплавателей, были морские экспедиции на исследовательских судах. Такие суда должны иметь специальное оснащение - приборы для измерения температуры воды, ее химического состава, скорости течений, устройства для отбора проб грунта с морского дна и для лова обитателей морских глубин. Первые океанографические приборы опускались с борта судна на металлическом тросе с помощью обычной лебедки.

Измерение свойств воды на больших глубинах требует особой изобретательности. Действительно, как снять показания прибора, находящегося на глубине в несколько километров? Поднять его на поверхность? Но за время подъема датчик прибора проходит через самые разные слои воды, и его показания многократно изменяются. Чтобы зафиксировать, например, значения температуры на нужной глубине, используется особый, так называемый опрокидывающийся термометр. После переворачивания «вверх ногами» такой термометр уже не меняет своих показаний и фиксирует температуру воды на той глубине, на которой произошло опрокидывание. Сигналом к переворачиванию служит падение посыльного грузика, соскальзывающего вниз по несущему тросу. Точно так же при переворачивании закрываются и горловины сосудов для отбора проб воды на химический анализ. Такие сосуды называют батометрами.

В последние годы на смену таким сравнительно простым приборам, долгое время служившим океанографам, все чаще приходят электронные устройства, которые опускаются в толщу вод на токопроводящем кабеле. Через такой кабель прибор сообщается с бортовым компьютером, запоминающим и обрабатывающим данные, поступающие из глубин.

Но и таких устройств, более точных и более удобных в обращении, чем их предшественники, недостаточно для получения полной картины состояния океана. Дело в том, что размеры Мирового океана столь велики (его площадь составляет 71% площади всей Земли, то есть 360 млн. кв. км), что самому быстроходному судну потребуется много десятилетий, чтобы побывать во всех районах океана. За это время состояние его вод существенно меняется, подобно тому как меняется погода в атмосфере. В результате получается лишь фрагментарная картина, искаженная из-за растянутости наблюдений во времени.

На помощь океанологам приходят искусственные спутники Земли, совершающие несколько оборотов в течение одних суток, либо же «неподвижно» зависающие над какой-либо точкой земного экватора на очень большой высоте, откуда можно охватить взором почти половину земной поверхности.

Измерять характеристики океана с высоты спутника не так-то просто, но возможно. Даже изменения цвета воды, замеченные космонавтами, многое могут сказать о движении вод. Еще точнее движение вод прослеживается по перемещениям наблюдаемых со спутников дрейфующих буев. Но больше всего информации извлекается из регистрации испускаемого поверхностью океана электромагнитного излучения. Анализируя это излучение, улавливаемое спутниковыми приборами, можно определять температуру поверхности океана, скорость приводного ветра, высоту ветровых волн и другие показатели, которые интересуют океанологов.