海洋三所主要从事海洋生物技术应用基础研究；海洋自然生态和实验生态研究；海洋大气化学与全球变化研究；海洋环境动力学和军事海洋学研究；海洋声学技术研究；海洋环境评价与海岸带管理技术研究；海洋环境监测技术与海洋标准研究；海洋环境数值预报；海洋微波遥感及海洋污染光学遥感研究；海峡、南中国海及周边海域环境调查；南北极海洋环境调查；放射性同位素海洋学研究及核技术应用；海洋工程勘察设计；环境工程设计等。工作海区涉及海峡、南海、东海、大洋、南北两极等海域。