Les océans sont devenus des objets et des sites d'étude scientifique au XIXe siècle. Auparavant, les explorateurs océaniques recherchaient des routes maritimes et de nouvelles terres. L'objectif des explorateurs du XIXe siècle est passé de nouvelles découvertes géographiques à des enquêtes systématiques visant à exploiter les ressources naturelles, à trouver de nouveaux marchés et à démontrer la puissance politique. Avant que l'invention des chronomètres et de la méthode de la distance lunaire ne résolve le problème de la longitude, le défi de trouver la longitude avait attiré l'attention des explorateurs et des navigateurs vers le ciel, vers l'astronomie. Le problème de la longitude étant résolu à la fin du XVIIIe siècle, le capitaine James Cook (1728–1779) a établi un précédent pour un style d'exploration scientifique qui comprenait une enquête sur l'océan lui-même. La science moderne a ensuite constitué la base de l'établissement des connaissances sur l'océan.
Les voyages de Cook ont démontré que la découverte géographique était plus informative lorsqu'elle était suivie d'investigations botaniques, minérales, zoologiques et géodésiques détaillées. Ce style d'exploration scientifique a émergé en réponse à des préoccupations politiques et économiques, notamment la chasse à la baleine, le commerce, les colonies coloniales et les nouvelles activités industrielles. De nouvelles terres et mers ont été étudiées à des fins utilitaires et pour accroître les connaissances scientifiques. La science et l'empire étaient étroitement liés à la fin du XVIIIe siècle grâce à l'exploration océanique, comme l'illustre le travail des jardins botaniques nationaux pour transporter et transplanter des plantes telles que le caoutchouc pour les pneus, le quinquina avec ses qualités antipaludiques et l'arbre à pain porté par les malheureux. Prime.
Le contrôle de l'océan conférait un pouvoir significatif aux nations impériales, dont les intérêts stratégiques et économiques dépendaient du commerce. La connaissance des marées, des courants, des tempêtes et des fonds marins de l'océan a rendu possible l'expansion de la navigation et l'inauguration de nouvelles technologies de transport et de communication, notamment le bateau à vapeur et le câble télégraphique sous-marin. Une compréhension de l'océan et de ses profondeurs a permis aux puissances européennes de dominer les terres et les cultures liées par ses eaux.
Alors que les explorateurs occidentaux du début du XIXe siècle approchaient de la fin de la découverte des masses terrestres et des routes maritimes qui les séparaient, ils se mirent en route avec des compagnons scientifiques jusqu'aux confins du globe - les régions polaires glacées, le «continent noir» de l'Afrique, les gigantesques montagnes himalayennes et le désert australien. L'exploration océanique s'est concentrée en particulier sur les régions polaires tout au long du XIXe siècle, le plus tristement célèbre dans l'expédition vouée à l'échec de 1845–1849 dirigée par John Franklin (1786–1847) et les nombreuses parties envoyées à sa recherche. La surface et les profondeurs de l'océan ont également été examinées au milieu du siècle par des physiciens à la recherche de lois de la nature, par des naturalistes intéressés par les organismes marins et par des hydrographes souhaitant cartographier les bassins océaniques.
L'intérêt scientifique émergent pour la mer s'est développé en tandem avec la croissance de la science moderne et professionnelle. Suivant l'exemple d'Alexander von Humboldt (1769–1859), les scientifiques qui ont étudié les océans ont adopté ses méthodes de collecte de données sur de vastes zones géographiques et de les cartographier pour discerner les lois générales de la nature. Concevoir les océans comme un tout connecté a permis aux scientifiques de parler de manière décisive des zones de la mer où les mesures étaient difficiles, voire impossibles. Des exemples de telles études synoptiques mondiales comprennent à la fois les études de marée du physicien britannique William Whewell (1794–1866), en particulier la soi-disant «expérience de la grande marée» de 1835 dans laquelle des observateurs du monde entier ont pris des mesures détaillées des marées pendant deux semaines, ainsi que "Croisade magnétique" organisée par le magnéticien britannique Edward Sabine (1788–1883) à la fin des années 1830. Dans les années 1850, l'officier de marine américain Matthew Fontaine Maury (1806–1873) dirigea un projet de sondage en haute mer qui aboutit à la première carte bathymétrique du bassin atlantique en 1853. Cette enquête prit de l'importance pour l'industrie émergente de la télégraphie sous-marine, mais son l'origine et le motif des études marémotrices et magnétiques résidaient dans les efforts visant à améliorer la navigation en raison de l'expansion fulgurante de la navigation qui a accompagné l'industrialisation.
En 1872, l'Amirauté britannique a envoyé le HMS Challenger lors d'un voyage de circumnavigation pour étudier les océans du monde. Trois ans et demi plus tard, après soixante-dix mille milles marins et 362 stations, Challenger est revenu avec sept mille spécimens, dont la moitié nouveaux pour la science, et de nombreuses preuves que la vie existe à toutes les profondeurs de l'océan. Les cinquante volumes de Challenger les rapports ont jeté une base solide pour l'océanographie physique, biologique, chimique et géologique, mais le voyage lui-même n'a pas créé de précédent pour la pratique de ce nouveau domaine. Au lieu de cela, les scientifiques ont commencé à étudier de manière intensive les régions de la mer. En 1902, huit pays du nord de l'Europe ont fondé le Conseil international pour l'exploration de la mer. Les gouvernements ont soutenu le Conseil en raison de la valeur économique de la pêche combinée à la reconnaissance que les ressources marines étaient étudiées le plus efficacement en coopération. Le Conseil a été le chef de file mondial des sciences de la mer pendant la période qui a suivi la Première Guerre mondiale.