海洋学（かいようがく）は自然科学の一分野であり、海洋を研究する学問である。地球を対象とした地球科学の一分野として、海棲生物やプレートテクトニクス、海流などの海洋の諸現象・変動を様々な自然科学的側面からとらえる。海洋のどの性質を主に解析するかによって、海洋物理学・海洋化学・生物海洋学（海洋生物学）・海洋地質学などの主要分野に分けられる。
海洋化学 : 海水の化学的性質やその分布・変動を研究対象とした学問。地球化学の一分野でもある。
生物海洋学（海洋生物学） : 海棲生物（動植物プランクトン、魚類等）の生態などを研究対象とした学問。水産海洋学との関連も深い。
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海洋地質学 : プレートテクトニクスなど海洋底の地質学的性質や変動を研究対象とした学問。
海洋物理学 : 海洋の物理的な性質や変動（海流、潮汐など）を研究対象とした学問。地球物理学の一分野でもあり、海面を通して接している大気との相互作用が重視されるため気象学との関連も深い。地球温暖化のような気候変動現象の解析にも関わっている。
海洋の物理的な性質に関する数値解析（シミュレーション）は気象学におけるそれとほぼ同じくらいの歴史を持っており、近年では地球シミュレータの完成などにより、残された課題はまだあるものの現実に近い海流分布の再現なども可能になっている。近年では海洋の化学・生物学的な要素も数値シミュレーションに組み込もうという試みが進んでいる。