海洋细微结构是伴随着海洋仪器的进步而逐渐观测到的。早期海洋观测只能给出海洋的粗结构。在20世纪40年代温深仪（bathythermograph; BT）问世，第一次观测到充满细小变化的不光滑温-深曲线。20世纪70年代末，更精密的调查仪器——能够测量海水电导率（Conductivity）、温度（Temperature）和深度（Depth）的高精度CTD剖面仪问世，它能更细致地记录到尺度为厘米量级的垂向结构。大量观测表明，发生在铅直方向的变化非常丰富，充分体现了海水物理结构的复杂性。这些变化不仅体现在物理参数上的差异，还体现在流速上的差异。20世纪60年代，科学家在地中海的温跃层中投放染料，观测到不同水层中染料在水平方向的迁移速率不同，迁移快的水层和迁移慢的水层相间叠置，表明不同水层的流速不同。进一步证实了在铅直方向除了有混合层、跃层等较大尺度的结构外，还普遍存在大量较小尺度的变化。值得注意的是，虽然海洋中存在微结构，这些微结构也是在静力稳定性的条件下存在的。一旦发生静力不稳定，细微结构将被破坏。

美国海洋学家W.H.芒克（Walter Heinrich Munk，1917～2019）1981年根据大洋水体特性将垂向结构分成三种尺度：①垂向尺度大于100米的称为粗尺度结构；②尺度介于1～100米的为细结构；③尺度小于1米的为微结构。一般将温、盐、密度跃层这样的垂向变化划入粗尺度结构的范畴。对于浅海水域或上层海洋，以100米作为细结构尺度的上限偏大，将跃层厚度的1/e定为细结构上限。在实际分析时，要根据海洋深度、跃层厚度等特征量来选定细结构尺度的上限。现在学界对细结构尺度范畴的确定尚无严格定义，存在一定的人为任意性。实际上，海洋的细微结构差异是由不同的物理过程决定的，细微结构的铅直范围体现了物理过程的作用范围，在划分时要充分注意。

海洋的细微结构主要有两类。

①不规则细结构：在海洋中，温盐剖面图上经常看到不光滑的曲线，这些像“毛刺”一样的变化就是不规则细结构，很像垂直方向上随机分成的“片层”结构。从统计学上说，若细结构符合“片层”模型，则其概率分布应符合泊松分布。然而大量观测资料分析结果表明，细结构的概率分布不符合泊松分布。对于尺度更小的不规则微结构，它随深度的分布具有更强的随机性。研究表明，细结构主要是海洋中线性内波作用的结果。线性内波可引起等温面、等盐面和等密面间隔的增大或缩小。等密面间隔增大处变化较平缓，间隔缩小处变化较剧烈，形成了温度、盐度、密度等的细结构。不规则的细结构大都与内波有关，由于内波在很大的范围内传播，其引起的细结构有一定的空间一致性。有些细结构是随着内波而存在的，也会随着内波的消失而消失。这种情况下观测到的细结构是观测过程与内波过程不一致形成的数据效应。还有一些细结构是内波破碎导致的湍流混合形成的，是不可逆的细结构。

②规则的细微结构：在海洋中有时存在非常规则的细微结构，其中最有代表性的就是温盐阶梯，也称双扩散阶梯。双扩散阶梯显然是很规则的现象，阶梯的高度和宽度有很好的关联性，在水平范围内有很大空间均匀性。这种双扩散现象是在湍流比较弱的情况下发生的现象，主要是因为温度和盐度的扩散系数不一致形成的（见双扩散）。规则的细微结构另一可能成因是海水的混合增密。由于海水状态方程的非线性，温度和盐度不同的两种海水混合后的密度大于原来两种海水的密度平均值，这就是混合增密现象。在重力作用下，密度增大的海水会下沉引起垂向对流（称为混合沉降），改变原来的层结状态，产生新的细微结构。除了温度和盐度剖面的规则细微结构之外，还有流速的细微结构，即不同水层的流速不一致，这会导致从侧边界输入性细微结构。

大量的观测表明，海水状态参数铅直分布的细微结构，并非个别海区或个别水层的特殊现象，而是海洋中普遍存在的重要特征。导致海水细微结构的原因主要有上述的内波运动起因、双扩散起因、混合增密起因和侧向输送起因。在自然条件下，海水状态参数铅直分布的细微结构往往是多种过程或效应联合作用的结果，需要进一步的观测、实验和理论研究。

人们非常关心海洋细微结构的稳定性，一旦发生不稳定，细微结构就不能长时间存在。细微结构的稳定性也可以用理查森数（Ri）来表征，Ri越大，流动越稳定；在强梯度薄层中，理查森数的量级为1，呈稳定层结状态。在双扩散阶梯层内理查森数较小，海水大体上处于中性稳定状态。当Ri小于0.25时，流动变得不稳定，从而发生海水混合。研究还表明，细微结构的强度越高，流动越易出现不稳定。

海洋细结构改变浮力频率N的垂向分布，使内波的垂向结构变得更复杂。细微结构对声波在海洋中的传播也有很大影响，使声散射增强，引起局地声强的急剧改变，使海洋中的声能传播图像变得更杂乱。更为重要的是，细微结构以及生成细微结构的海洋过程是海洋大—中—小尺度过程的组成部分，是海洋能量级串中的重要环节。此外，海洋细微结构的观测和研究，对于估计通过海洋跃层的铅直热交换速率有重要的意义。

有波浪的海洋表面