Les satellites d'observation de la Terre fournissent en quelques jours des données homogènes sur la totalité de la surface du globe, données qu'ils renouvellent en permanence. Leur vitesse est environ mille cinq cents fois supérieure à celle d'un navire, si bien qu'ils sont capables d'observer la totalité de l'océan de façon quasi instantanée. Ils permettent en particulier l'observation des hautes latitudes pour lesquelles peu de données in situ existent. 
On peut réaliser depuis l'espace une grande diversité de mesures : 

• la température de la surface océanique (satellites météorologiques : NOAA par exemple);
• la vitesse et la direction du vent (satellites ERS par exemple);
• la hauteur et la direction des vagues et de la houle (satellites ERS également);
• le niveau de la mer et sa topographie dynamique de surface (satellite Topex-Poséidon);
• l'étendue de la glace de mer (satellites météorologiques et satellites radar);
• la productivité primaire de l'océan, etc...

Des instruments variés sont utilisés : des radiomètres mesurant le rayonnement de l'océan dans toutes les longueurs d'onde (de la lumière visible au rayonnement infrarouge et aux ondes radio) aux radars visant l'océan à la verticale ou latéralement.
Pour les paramètres cités ci-dessus, la mesure de chlorophylle mise à part, la précision des mesures par satellite est désormais supérieure à celle obtenue à partir des navires.
Il n'est pourtant pas encore possible de remplacer les campagnes océanographiques par des satellites car les mesures depuis l'espace ne concernent que la surface de l'océan. Il est donc impératif de continuer à recueillir des données in situ pour observer la colonne d'eau.
En résumé, seules des études coordonnées, mettant en oeuvre à la fois des mesures satellitales et des observations in situ, permettent d'étudier finement les divers mécanismes océaniques, qu'ils soient physiques ou biogéochimiques.