Lógicamente, los principales elementos químicos presentes en el agua del mar son hidrógeno y oxígeno, resumidos en la fórmula de la molécula del agua: H2O. Hay dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno, pero el hidrógeno solo aporta el 11 % de la masa del agua.
Además, en el mar hay iones (que son átomos o grupos de átomos con carga eléctrica) cloruro (Cl-) y sodio (Na+). Si evaporamos el agua, se unen formando el cloruro de sodio (NaCl), la sal común, que da el sabor salado al mar.
Otro elemento químico importante en el agua marina es el hierro (Fe), imprescindible para la formación de fitoplancton (plancton constituido por organismos vegetales, algas entre otros).
Las algas verdes realizan la fotosíntesis, contribuyendo a la disminución de CO2 en la atmósfera. Se han hecho experiencias de fertilización con hierro y se ha comprobado el incremento de clorofila en la zona fertilizada.
El nitrógeno (N) es un elemento químico que llega al mar a través de vertidos agrícolas. Facilita la proliferación de algas en el litoral y, como consecuencia, disminuyen los niveles de oxígeno, poniendo en riesgo el ecosistema.
El fósforo (P) forma parte de la estructura del ADN, de las membranas de las células y de la molécula de la energía: ATP. La cantidad de vida que pueda haber en los océanos está ligada a la disponibilidad de fósforo.
También hay plomo (Pb) y mercurio (Hg), que son perjudiciales.