В 1664 А. Кирхер (Германия) составил первую карту морских течений, основанную на результатах наблюдений мореплавателей. В 1725 Л. Марсильи (Италия) дал первое описание грунтов дна как осадочных пород, выполнил ряд измерений температуры воды на различных глубинах в Средиземном море. В 1749 капитан Эллис впервые измерил температуру на больших глубинах (до 1630 м) у северо-западных берегов Африки. В 1770 Б. Франклин (Великобритания) составил первую карту Гольфстрима, обосновал главную причину образования морских течений (ветер). Огромное значение имело создание в 1687 И. Ньютоном (Великобритания) теории приливов в О., развитой в 1740 Д. Бернулли (Швейцария) и в 1799—1825 П. С. Лапласом (Франция). В это же время начала разрабатываться теория волн (Ньютон, 1726; Лаплас, 1776; Лагранж, 1786; Герстнер, 1802, и др.).
В начале 19 в. важное значение имели: изобретение русскими учёными Э. Ленцем и Е. Парротом батометра и глубомера, а также их опыты (1832), показывающие влияние давления на температуру воды; изобретение в 1854 Дж. М. Бруком (США) лота с отделяющимся грузом и драги для сбора образцов грунта и донных живых организмов.
Огромную роль сыграла первая русская кругосветная экспедиция И. Ф. Крузенштерна и Ю. Ф. Лисянского на корветах «Надежда» и «Нева» (1803—06), во время которой проводились измерения температуры воды на больших глубинах О., наблюдения над уд. весом, течениями, цветом воды, биологические исследования и измерения глубин. Не меньшее значение имели плавания на корвете «Предприятие» (1823—26) с участием Э. Ленца, положившего начало точным измерениям в О., и на «Бигле» с участием Ч. Дарвина (Великобритания), которым были выполнены широкие биологические исследования. Особо следует упомянуть об экспедиции Ф. Ф. Беллинсгаузена и М. П. Лазарева в 1819—21 на корветах «Восток» и «Мирный», открывшей берега Антарктиды и внёсшей большой вклад в изучение антарктических льдов (их классификация и физико-химические свойства). К этому же периоду относится организация первых береговых пунктов наблюдений; большое значение имело изобретение в 1839 русским мореплавателем Ф. П. Литке приливомера для измерения уровня моря и установка его на берегах Северного Ледовитого и Тихого океанов. В 1819 Марсе (Франция) установил температуру воды наибольшей плотности, а в 1837 С. Депре (Бельгия) определил также точку замерзания и показал, что обе температуры зависят от солёности воды. В 1842 Дж. Эри (Великобритания) развил теорию приливов. В 1862 У. Фруд (Великобритания) провёл многочисленные исследования морских волн с помощью предложенной им вехи (веха Фруда). В 1840—50 М. Ф. Мори (США) составил несколько карт течений для издаваемых им лоций. В 1845 Э. Ленц предложил первую схему вертикальной циркуляции вод океана. В 50-х гг. 19 в. М. Ф. Мори построил первую карту рельефа дна северной части Атлантического океана, в 1872 Дж. Приствич (Великобритания) дал первую характеристику температурной стратификации океанов. В 1865 Г. Форххаммер (Дания) установил постоянство химического состава морской воды. В 1868—70 У. Б. Карпентер и У. Томсон (Великобритания) провели опыты по химическому анализу вод океана и анализу содержащихся в них газов. В этот период началось научное изучение населяющих О. живых организмов, было установлено, что они обитают не только в поверхностном слое воды, но и в её толще. В 1851 Д. В. Балей (США) установил, что органическая часть грунта состоит из остатков отмерших организмов (диатомовых, радиолярий и др.).
В 1872—76 состоялась первая океанографическая экспедиция на судне «Челленджер», положившая начало специальным океанографическим экспедициям, созданию новых технических средств и методов наблюдений. В 1872—82 Дитмар (Великобритания) по данным экспедиции на «Челленджере» подтвердил постоянство химического состава вод О. и преобладание в нём хлоридов. В 1902 М. Кнудсен (Дания) разработал метод определения солёности воды по содержанию в ней хлора, а также таблицы солёности и плотности воды. В конце 19 — начале 20 вв. организуются международный и национально океанографические учреждения и сети береговых станций. Созданный в 1902 Международный совет по изучению моря ввёл унификацию методик океанографических измерений, стандартные горизонты и разрезы для повторных наблюдений в О.
После экспедиций «Челленджера» в О. были выполнены многие научные плавания, в том числе С. О. Макарова на «Витязе» (Россия, 1886–89), А. Агассиса на «Альбатросе» (США, 1888—1905), на «Метеоре» (Германия, 1925—27), «Мансю» (Япония, 1925—28), «Дисковери II» (Великобритания, 1929—39) и др. Начались систематические работы в отдельных районах О. (Гольфстрим, Куросио, Антарктида, Северный Ледовитый океан и др.). В СССР основное внимание уделялось изучению прилегающих морей. К конце 30-х гг. 20 в. они стали наиболее изученными районами Мирового океана.