Jak można się domyślić, biolodzy morscy badają organizmy oceaniczne. Jednak oceany zawierają około miliona lub więcej gatunków. Nikt nie będzie w stanie przestudiować ich wszystkich, nawet na najpłytszym poziomie. Jak większość naukowców, biolodzy morscy specjalizują się. Zwierzęta i inne organizmy, które biolog morski może wybrać do badania, obejmują zakres od gigantycznych, takich jak wielkie wieloryby, do niepozornych, takich jak gatunek planktonu.
Glony -- Fikologia
Badanie alg morskich nie jest tak nudne, jak mogłoby się początkowo wydawać. Glony to nie rośliny, ale niektóre z nich wyglądają jak rośliny. W oceanach wszystkie te wodorosty to glony. Podczas gdy lasy wodorostów tworzą dziwaczne siedliska, niektóre z najważniejszych glonów są znacznie mniejsze. Fitoplankton – swobodnie unoszące się glony – stanowi podstawę większości oceanicznych sieci pokarmowych. Większość ryb i ssaków morskich ostatecznie zależy od fitoplanktonu. Co więcej, produkują również dużo tlenu na świecie. Z drugiej strony, zakwity glonów powodują martwe strefy oceanów, zabijając ryby i czyniąc ogromne połacie oceanów nieprzyjaznymi dla większości życia.
Ryby -- Ichtiologia
Badanie ryb ma oczywiste zastosowania praktyczne, ponieważ je jemy. Unikanie nadmiernej eksploatacji zasobów ryb oceanicznych wymaga zaangażowania biologów morskich, w szczególności ichtiologów, choć czy politycy zwrócą uwagę na ich rady, to inna sprawa całkowicie. Inne ryby, takie jak rekiny, powinny być badane, aby wspomóc działania ochronne. Wiele jeszcze nie wiadomo o nawet najpospolitszych gatunkach.
Bezkręgowce -- Zoologia bezkręgowców
Badanie bezkręgowców morskich – zwierząt bez kręgosłupa – niekoniecznie oznacza liczenie pąkli przez cały dzień. Zoologia bezkręgowców to ogromna dziedzina, obejmująca stworzenia morskie, od kałamarnic olbrzymich po małże. Obejmuje ważne gatunki żywności, takie jak homary i kraby, zwierzęta żywotne ekologicznie, takie jak koralowce budujące rafy, szkodniki, takie jak rozgwiazda korony cierniowej w niewłaściwym miejscu i niezwykle nieuchwytne zwierzęta, takie jak głęboko mieszkający wampir kałamarnica. Niektóre bezkręgowce morskie są bardzo inteligentne; na przykład ośmiornice są znane z używania narzędzi. Inne bezkręgowce, takie jak ozdobne i jaskrawo ubarwione ślimaki morskie, są niezwykle piękne.
Ssaki -- Zoologia ssaków
Badanie ssaków morskich może wydawać się najbardziej atrakcyjną specjalizacją, a jest dużo miejsca na dalsze badania. W naszej wiedzy na temat wielorybów, fok, delfinów i diugonów, pomimo ich rozmiarów, istnieją ogromne luki. Naukowcy wciąż nie są do końca pewni, co robią narwale ze swoimi kłami. Poza wewnętrznym zainteresowaniem, biolodzy morscy mogą badać te zwierzęta w celu znalezienia sposobów ich ochrony lub określenia ich wpływu na rybołówstwo. Na przykład niedawno odkryto, że wieloryby, a być może nawet foki, mogą faktycznie wspierać populacje ryb, wynosząc na powierzchnię wodę bogatą w składniki odżywcze.