Концентрация питательных веществ (например, фосфатов, нитратов, силикатов), pH (кислотность) и доля растворенных газов используются химиком-океанологом для определения возраста, происхождения и перемещения водных масс, а также их влияния на морскую жизнь. Анализ растворенных газов, например, полезен для отслеживания смешивания океана, изучения производства газов в океане и выяснения естественных циклов атмосферных загрязнителей. Многие такие измерения проводятся на борту судна с помощью автоанализаторов — устройств, которые непрерывно контролируют поток морской воды с помощью спектральных методов. Те анализы, которые не могут быть выполнены с помощью автоанализатора, проводятся с использованием дискретных проб в судовых или береговых лабораториях.
Особый интерес представляют радиоактивные химические трассеры. Радиоизотопы служат часами времени, что позволяет определять возраст водных масс, абсолютные скорости смешивания океанов, а также образование и разрушение растительных тканей. Распределение этих временных часов контролируется взаимодействием физических и биологических процессов, поэтому перед считыванием показаний часов необходимо разделить эти влияния. Ярким примером является использование углерода-14 (14C). Сегодня ряд океанографических лабораторий проводит измерения углерода-14 в растворенном углероде океана для изучения процессов смешивания и переноса в глубинах океана. До недавнего времени для анализа требовались большие образцы воды — около 200 литров (один литр = 0,264 галлона). Новые методы используют линейный ускоритель (устройство, значительно увеличивающее скорость электрически заряженных атомных и субатомных частиц) в качестве сложного масс-спектрометра для прямого определения соотношения обилия атомов углерода-14/углерода-13/углерода-12. Преимущество новой методики заключается в том, что для высокоточных измерений требуются очень малые объемы образцов — около 250 миллилитров (один миллилитр = 0,034 жидкой унции).
