通常部分海洋要素包括有关水文、气象、物理、化学、生物和海洋灾害等海洋环境要素。

海洋观测依托设施主要包括站（点）站房、海上平台、观测井、调查（监测、观测）船、浮标、潜标、Argo剖面浮标、卫星、飞机、通信线路等及附属设施，以空基、天基、海基、底基为载体，利用多种仪器设备及技术，对海洋环境进行全方位、全天候、全时空综合观测，形成立体观测系统，为海洋生态保护、海洋防灾减灾、应对海洋气候变化、保障海洋经济安全、参与全球海洋治理等方面提供重要技术支撑和资料保障。海洋观测系统包含全球海洋观测系统和区域海洋观测系统（如全国海洋观测系统）。

全球海洋观测系统（Global Ocean Observation System; GOOS）是全球地理观测系统（Global Earth Observation System of Systems; GEOSS）的一部分。在世界气象组织（World Meteorological Organization; WMO）、联合国环境规划署（UN Environment Programme; UNEP）和国际科学理事会（International Council for Science; ICSU）的协助下，由政府间海洋学委员会（Intergovernmental Oceanographic Commission; IOC）执委会正式提出建立，其目标旨在建立一个统一、协调、能够实现资料和产品共享的国际系统，从而提供海洋资料和信息，使人们能安全、有效、合理、可靠地利用和保护海洋环境、进行气候预测和海岸管理。联合国政府间海洋学委员会于1993年牵头组织和实施了全球海洋观测系统，该系统包括气候、海洋生物资源、海洋健康、海岸带环境和海洋服务5个模块。已发展十多个区域性观测系统，全球海洋观测能力稳步增强。经过多年发展，中国已基本拥有包括海洋站（点）、雷达、海洋观测平台、浮标、移动应急观测、志愿船、标准海洋断面调查和卫星等多手段的海洋观测能力，形成了以覆盖近海为主的中国近海海洋观测网。此外，通过卫星遥感观测和科考调查逐步向大洋、极地区域拓展，初步具备了全球海洋立体观测能力。与海上丝绸之路沿线国家合作建设和维护海上丝绸之路沿线观测系统，保障海上通道安全，为沿线国家提供海洋环境保障服务；与“雪龙探极”“蛟龙探海”等重大工程互相衔接、互相支持、互相保障，集成成果，提升极地和深海深渊探测能力。此外，正在计划建成太平洋和印度洋观测系统，进一步参与国际观测计划和数据共享，与国际社会共同建设和维护覆盖太平洋和印度洋重点关注区的长期观测系统，提升对大洋环流、台风生成和传播、厄尔尼诺/拉尼娜现象、印度洋季风、海洋酸化等重要海洋、气候和环境变化过程的实时观测和预测能力。

全国海洋观测系统是按照国家和沿海省（自治区、直辖市）年度计划，利用卫星、飞机、船舶、台站、浮标、海床基等海洋观测平台，使用海洋观测仪器设备及有关技术手段，在一定空间范围内对海洋气象、水文、化学、生物和海洋灾害等海洋环境要素，实施观测、数据处理和分发的国家海洋业务化观测系统。

全球海洋观测系统的现场支柱就是Argo剖面浮标网，将为人类提供一个全球海洋次表层数据库。Argo剖面浮标观测网将由3000个自动仪器组成，每个浮标每隔10天发送一组取自2000米到海面的温度和盐度剖面资料。在全球大洋内每隔大约3个经纬度布设一个浮标，其数据通过卫星快速转送到气候（或海洋）预报中心，以供业务使用。