海洋地磁场的重要性最早体现在航海上，相对稳定的磁偏角观测成为近代航海探险的最重要导航手段，即使在现在的舰船上磁罗经仍然是必备的导航手段。由于潜艇的潜航与隐蔽和水雷的布设与地磁场关系十分密切，使得海洋地磁场的军事意义也被日益重视起来。海洋磁力场指示海底扩张年代、基底岩浆构造和磁性固体矿产等方面具有不可替代的作用，在发现海底各种掩埋、废弃的铁磁性物质方面也非常有效。

中国古代四大发明之一的指南针传入欧洲后，推动了近代西方科学文明的发展。17世纪末，英国海军部利用木制船在大西洋上由指南针进行系统的磁偏角测量。1702年出版了第一幅世界地磁图。随后的两百年，磁偏角仍然是海洋地磁场研究的焦点。到19世纪50年代，地磁图不仅能够提供某个特定年代的磁偏角，而且能够显示出预期磁倾角的长期变化。19世纪末，由木制船到高磁性铁壳船的转变使得地磁测量得依靠低磁性船。然而，一直到20世纪初，才由美国的卡内基协会管理的特制无磁性船Galilee（1905～1908）和Carnegie（1909～1929）及俄国调查船Zarya（1956～1968）上进行全球大规模系统的海洋地磁场测量，把改良的陆地仪器安放在常平架上，一个六分罗盘指示磁偏角，一个地磁感应器测量磁倾角，偏差磁力仪确定地磁场水平分量的大小。水平分量可以精确到约50纳特，磁偏角和磁倾角可以精确到0.1°。

第二次世界大战期间，为了进行海底探测所制造的磁通门磁力仪是第一种用于地磁总场测量的拖曳式磁力仪，并使得无磁性测量船变得过时。对于总场测量，三个磁通门以相互正交的方式安装在马达驱动的常平架上。其中两个传感器可以旋转记录零磁场，保持第三个磁通门与地磁场的方向平行。磁通门磁力仪主要优势在于测量地磁场的矢量分量，广泛用于1957～1958年国际地球物理年期间海洋航空磁测和在北大西洋、东太平洋上海面拖曳磁测。磁通门磁力仪也已经安装到调查船上，深拖仪器舱、有人或无人水下运载器中，结合相应的载体姿态传感器和磁性校正试验，其测量误差由早期的50纳特降到了20纳特。由于存在漂移和温度的不稳定性，磁通门磁力仪并不是一个可以绝对测量的仪器，1纳特的稳定可能只能维持几小时，几天的时间就可能超过10纳特的漂移，需要经常与绝对磁力仪进行标定。拖曳式地磁总场的常规测量由质子旋进式和光泵式磁力仪所胜任，提高了测量的灵敏度、精度、采样速率和工作稳定性。

海洋质子（旋进式）磁力仪通过测量氢质子在地磁场中的旋进频率来给出地磁总场值。在装有蒸馏水或富含氢核的煤油的容器周围绕上线圈，通电产生持续数秒钟的强磁场，使其中的质子沿着线圈的方向排列。去掉磁场后质子旋进回转到地磁场方向，旋进的频率决定于地磁场总强度，并可通过测量线圈的感应电流来求得。这类仪器最早由美国加利福尼亚州瓦里安协会制成，20世纪70年代开始，中国北京地质仪器厂制成了CHHK-1海洋航空质子（旋进式）磁力仪，其精度达到国际同类仪器水平，在中国得到广泛应用。国际常用的这类仪器有加拿大海洋地磁公司生产的SeaSPY海洋磁力仪，采用了一种电子-质子的双共振动态核极化的Overhouser效应。信号强度比静态极化方式下增强几百倍至上千倍，使功耗降低、测量范围增大，不存在光泵式磁力仪在低磁纬度信号强度弱、测量可靠性降低的问题。

海洋光泵磁力仪基于电子旋进原理的塞曼效应，其核心可由铯蒸气和铷蒸气腔构成，也可以用氦和钠蒸气。因为由光泵作用排列好的原子磁矩，在特定频率的交变电磁场的作用下，又将产生共振吸收作用，打乱原子的排列情况。发生共振吸收现象的电磁场的频率与传感器所在点的地磁场总强度成一比例关系，故测定这一频率就可以测出地磁总场值。国际常用的这类仪器有美国Geomatrics公司生产的G-88X铯光泵海洋磁力仪；中国得到推广应用的有中国杭州瑞声海洋仪器有限公司生产的RS-GB6A型氦光泵海洋磁力仪。

水面拖曳地磁测量数据对海底磁性目标及构造的分辨率不够，而可采用拖体、AUV、ROV和HUV等各类水下运载器进行近底拖曳地磁测量，甚至水面或近底的各轴向地磁梯度测量。地磁梯度测量的另一个好处是自动消除了地磁日变影响，因为日变几乎同等程度地影响两个传感器。