Благодаря установке эхолотов на океанографических и гидрографических судах многих стран в 20—30-х годах нашего столетия было накоплено огромное количество данных о глубинах в различных районах океана. Стали составляться карты рельефа дна, постоянно обновлявшиеся по мере поступления новых сведений. Применение эхолотов позволило выявить неоднородную структуру ложа океана, где отчетливо выделились две области — приконтинентальная, относительно мелководная и собственно океаническая, глубоководная. Постоянными элементами приконтинентальной зоны, согласно данным эхолотных промеров, были плоская, полого падающая от берега подводная равнина с глубинами от 0 до 200 м (шельф) и круто падающая в сторону абиссали поверхность (континентальный склон). Исследования, предпринятые Береговой и Геодезической службой США, вскоре выявили подводные ложбины, прорезавшие континентальный склон. Их вершины нередко уходили далеко в глубь шельфа. Собственно говоря, эти подводные, ущелья, названные каньонами, были известны еще раньше. Однако только в конце 30-х годов стало ясным их широкое распространение, причем самые крупные подводные каньоны находились на продолжении речных дельт и эстуариев.
В 1938 г. вышла книга А. Д. Архангельского и Н. М. Страхова «Геологическое строение и история развитая Черного моря». В ней были обобщены полевые описания и результаты лабораторных исследований многих проб и колонок донных осадков, взятых в разных структурно-морфологических зонах Черноморской впадины, в том числе на шельфе и континентальном склоне Южного Крыма и Кавказа. В книге впервые были детально охарактеризованы осадки со следами гравитационного оползания и течения, сапропеля, гидротроилитовые илы и другие специфические для Черного моря образования.
В начале 40-х годов у побережья Калифорнии американские геологи К. Эмери, Ф. Шепард и др. тщательно исследовали осадки и рельеф морского дна. В те же годы Г. Хесс с помощью эхолота обнаружил в различных районах Тихого океана многочисленные подводные горы — плосковершинные потухшие вулканы, названные гайотами. Г. Хесс продолжал их исследовать и позже. Это позволило ему, исходя из данных о возрасте подводных гор, предположить, что дно Тихого океана очень медленно перемещается по направлению к глубоководным желобам, расположенным в западной и северо-западной периферии океана. Здесь, по мысли Г. Хесса, происходило его поглощение.
Небывалый ранее размах приобрели геологические исследования в океане в послевоенные годы. В историю науки вошли работы советских ученых на «Витязе» и «Михаиле Ломоносове» в дальневосточных морях, различных зонах Тихого, Индийского и Атлантического океанов, в арктических и Антарктических широтах. Значительный вклад в расшифровку структуры осадочного чехла внесли шведские и датские ученые, в начале 50-х годов работавшие на «Галатее» и «Альбатросе». В этих экспедициях использовались поршневые грунтовые трубки, способные брать колонки осадков длиной более 10 м.
К концу 50-х годов акцент в экспедиционных исследованиях стал делаться на геофизических методах, разработка которых была начата еще в 30-х годах голландским ученым Ф. Венинг-Мейнесом. Первые же гравиметрические исследования в океане связаны с именем Ф. Нансена, измерявшего силу тяготения во время легендарного дрейфа «Фрама» в арктических льдах. Создание новой высокочувствительной аппаратуры и новых методов ведения сейсмических, гидромагнитных, гравиметрических исследований в океане резко расширило возможности изучения океанского дна, позволило геологам заглянуть через многокилометровую толщу воды в глубинные слои земной коры, выявить сначала крупные, а затем и более мелкие геофизические аномалии в структуре ложа океана.
Сделанные в этой области открытия в конечном итоге привели к пересмотру всей системы взглядов на океан, да и на геологическую историю всей планеты.
После изобретения Ж. И. Кусто и Д. Ганьоном акваланга геолог смог непосредственно наблюдать морское дно на глубинах до 60—70 м. Особенно большую роль акваланг сыграл в исследованиях на коралловых рифах и атоллах. В первые послевоенные годы для проникновения на дно абиссальных котловин и даже в глубоководные желоба использовались батискафы. Однако батискаф жестко связан с судном-носителем тросом и не приспособлен для автономного плавания. Находящийся в нем ученый лишен возможности приблизиться к объекту наблюдения и отбирать образцы пород и осадков. Потому применение батискафов оказалось малоэффективным.