海洋化学（かいようかがく）とは、海洋に存在するすべての物質・生物の化学に関する学問である。 海洋に存在する種々の物質の存在量や存在形態を明らかにすることによって、海水の循環や生物過程との関連を解明することを目的に行われる。また、下層大気のエアロゾルなどの微小粒子は海水へ化学物質を供給するはたらきがあることから、これに関する研究も広義の海洋化学に含まれることがある。新しい医薬品などに利用するために海産生物から有用物質を抽出する研究も海洋化学の一分野と考えられるが、水産天然物化学として区別される場合もある。
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海洋化学の観測は多くの場合研究船による航海中の採水により行われる。採水器をCTDを備えたフレームに取り付け、これを海水中に降下させて任意の深度で採水を行う。サンプルは船上で適切な処理を加えたのち、船上で即座に分析されるか陸上の研究室に持ち帰って分析される。測定項目のうち、塩分、溶存酸素濃度、栄養塩（硝酸塩、亜硝酸塩、アンモニウム塩、リン酸塩、ケイ酸塩）濃度に関しては基礎的な項目としてルーチン的に計測され、乗船研究者の共有のデータとなる場合が多い。採水器は日本の研究船の場合ニスキン型が主に使われる。欧米ではGo-Flo（ゴーフロー）型が用いられる場合も多い。近年の海洋化学では微量金属や溶存有機物質の測定に非常に高い精度が要求されるため、1980年代に確立したクリーン技術を用いて採水が行われることが多い。また、同位体分析など大量のサンプルを必要とする場面では100 L以上の大量採水器や係留型現場大量濾過器が用いられる場合がある。