与大陆岩石圈不同，海洋岩石圈更年轻，其演化过程也相对短暂。所以，海洋岩石圈的结构也相对简单，在一定程度上甚至可以预测。例如，洋壳有着近乎一致的分层结构；海洋岩石圈的厚度与其年龄有着很好的对应关系。

海洋岩石圈中的洋壳结构反演的主要手段是主动源地震学，也就是通过人工激发地震波，由海底地震仪（OBS）阵列或多道地震拖缆（MCS）的形式采集，运用地震折射法和广角反射剖面来反演洋壳内和地幔顶部的地震波传播速度的变化。洋壳内的主要分层结构（即，2A，2B，2C层和第3层）就是按照其速度的梯度变化来划分的。这样的分层结构反映了洋壳生成过程中物理条件的变化，而化学成分的变化在洋壳内则是次要的。对于较大范围内的海洋岩石圈深部结构的研究，需要利用被动源地震学，也就是天然地震学的手段来进行。利用天然地震所产生的面波（瑞雷波）比体波来进行海洋岩石圈的层析成像更为普遍。首先，因为海底天然地震观测的困难，海底台站非常稀疏。在这一情况下，体波的传播路径在岩石圈深度范围内是近乎垂直且相互平行，无法提供交叉的射线路径来对其结构进行约束。而稀疏的海底台站或者陆上台站所接收到的不同周期的、跨海盆传播的面波，可以对海洋岩石圈不同深度的结构进行成像；其次，海底地震记录在体波的主频范围内信噪比较低，而海底的背景噪音对于较长周期（20～100秒）的瑞雷波的影响较小，可以获得更可靠的成像结果。

因为与海洋岩石圈的生成直接相关，洋中脊处的岩石圈是地震学研究的重点。通过布置密集的、跨洋脊的OBS剖面，利用天然地震层析成像方法获得了一系列有关海洋岩石圈生成和演化的重要认识。例如，即使是在快速扩张的洋中脊，地震学成像也并没有发现一个大体积的岩浆房，而只是在洋中脊之下存在一个横向尺度为几千米的、薄的“岩浆透镜体”。可是，地幔内低速异常体的区域却相当巨大，这表明洋中脊的岩浆来源是从更大的区域逐渐汇聚到洋脊之下的较小区域，然后再喷发的；洋中脊之下地幔中的低速异常局限在200千米深度以内，这给出了洋中脊的扩张并非是主动上涌而是被动过程的重要证据。

被动源海底地震观测面临许多技术难点。例如，海底地震记录的水平分量一般质量不高，海底噪音水平很高，这些都在很大程度上限制了地震学在海洋岩石圈各项研究中的应用效果，一些在陆上地震学的常规手段，如接收函数和各向异性分析等很难在海底有效地开展。随着海底地震仪数目的增多，以及仪器性能及观测技术的提高，被动源海底地震也会像陆上一样成熟，会揭示出更多海底下的奥秘。