海洋科學的發(fā)展主要經過了三個時期：海洋知識的積累與早期觀測研究時期、海洋科學的奠基與形成時期以及現(xiàn)代海洋科學時期。
海洋知識的積累與早期觀測研究時期：
18世紀以前人們對海洋的探索可以歸為海洋知識的積累與早期觀測研究時期。該時期人們對海洋自然現(xiàn)象的認識和探索主要依靠很不充分的觀察和簡單的邏輯推理。雖然當時只限于直觀地、籠統(tǒng)地把握海洋的一些性質，但也提出了不少精彩的見解。如公元1世紀，中國東漢王充曾科學地指出了潮汐運動和月亮運行的對應關系；1768～1779年英國J。庫克首先進行環(huán)南極航行，并最早進行科學考察，取得了第一批關于大洋表層水溫、海流和水深以及珊瑚礁等資料。
海洋科學的奠基與形成時期：
19~20世紀中葉為海洋科學起步的重要階段。在該時期，對海洋的研究由海洋探險轉向更加深入的海洋綜合考察。重要的海洋科學考察如1872~1876年，英國挑戰(zhàn)者號進行的環(huán)球科學考察，在三大洋和南極海域共127,584公里的航程中，進行了492次深海探測，133次海底挖掘，151次開闊水面拖網以及263次連續(xù)的水溫測定，并發(fā)現(xiàn)了約4,717種海洋新物種，被視為現(xiàn)代海洋學研究的真正開始，也使海洋學由地理學領域分化出而逐漸形成獨立的科學。許多理論體系也在這段時期完成。如1884年迪特瑪證實海水主要溶解成分的恒比關系；1903年桑德斯特朗和海蘭-漢森提出深海海流的動力計算方法；1905年?？寺岢錾詈Ｆ骼碚摰?。在這個時期，一些專門的海洋研究機構建立。如美國成立史奎普斯海洋研究院（Scripps Institution of Oceanography， University of California at San Diego; SIO/UCSD）；1930年美國成立伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole oceanographic Institute; WHOI）等。
現(xiàn)代海洋科學時期：
19世紀末至今為現(xiàn)代海洋科學時期。 在該時期，政府對海洋研究的投資增加，出現(xiàn)了更先進的科考船與觀測設備。如溫鹽深儀（CTD）、多普勒流速剖面儀（ADCP）、海洋浮標、氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、底層剖面儀（SBP）、側掃聲納（SSS）、水下機器人等。許多國際海洋科學組織紛紛成立。如1902年國際海洋考察理事會（ICES）成立，這是第一個國際海洋科學組織；政府間組織以1951年成立的世界氣象組織（WMO）、1960年成立的政府間海洋學委員會（IOC，隸屬于聯(lián)合國教科文組織UNESCO）為代表；民間組織有1957年成立的海洋研究科學委員會（SCOR）、1966年成立的國際生物海洋協(xié)會（IABO）等。在該時期，國際間的海洋調查研究活動大規(guī)模展開。如國際印度洋考察（IIOE，1957-1965）、熱帶大西洋國際合作調查（ICITA，1963-1964）、熱帶海洋與全球大氣（TOGA，1985-1994）、世界大洋環(huán)流實驗（WOCE，1999-2000）、全球海洋通量聯(lián)合研究（JGOFS，1990-2002）、氣候變化及其可預測性研究（CLIVAR，1995-2010）等。在這個時期，出現(xiàn)了眾多里程碑式的研究結果。如海底熱泉、海洋中尺度渦和熱鹽細微結構的發(fā)現(xiàn)與研究、大洋環(huán)流理論、海浪譜理論等。