В конце XIX в. изучались и полярные районы. Особенно выделяется знаменитое плавание по Северному Ледовитому океану Ф. Нансена на «Фраме» в 1894–1896 гг. Научный результат этой экспедиции огромен — были изучены и верно описаны океанографические условия бассейна Ледовитого океана. Много исследований проводилось и в водах Антарктики. К концу XIX в. число экспедиций в Южном полярном бассейне достигло полутора десятков. Таким образом, был собран материал обо всем Мировом океане.
Первым трудом, посвященным непосредственно океану, была «Океанография» итальянского ученого Марсильи, изданная в 1725 г. В ней сообщалось о составе грунтов океана, рельефе дна (полагая его аналогичным суше), составе солей и удельном весе морских вод.
Большой вклад в развитие океанографии внес М. В. Ломоносов. По его замыслу был сконструирован измеритель течений. В 1761 г. Ломоносов составил классификацию морских льдов, а двумя годами позже — описание Северного Ледовитого океана. Он научно обосновал идею о возможности прохода в Индию и Китай Северным морским путем.
Труды Ломоносова продолжил Ф. П. Литке. Он описал западное побережье Новой Земли, Баренцево и Белое моря. Особенно же значителен вклад в океанологию знаменитого флотоводца и ученого С. О. Макарова. В 1886–1889 гг. русский корвет «Витязь», которым командовал Макаров (в ту пору еще капитан 1-го ранга), совершил кругосветное плавание. И хотя перед экспедицией не стояло прямых научных целей, она вела очень большие океанографические наблюдения в Тихом океане, а затем в Японском, Охотском и Желтом морях. Все эти данные описаны в замечательной книге «„Витязь“ и Тихий океан» (1894).
Макарова интересовало изучение морских вод еще до плавания на «Витязе». В проливе Босфор он обнаружил глубинное течение. Здесь было выполнено более четырех тысяч наблюдений над температурой и удельным весом воды и около тысячи измерений течений — невиданный по тому времени объем работы, позволивший получить важные, до сих пор не утратившие своего значения выводы.
В 1889 г. по инициативе Макарова был построен ледокол «Ермак», равного которому в то время не было (машина в 10 тыс. сил, водоизмещение 6 тыс. т). Первое испытательное плавание ледокола совершалось к западу от Шпицбергена до полярных льдов. При этом Макаров произвел интересные океанографические работы, описанные в его труде «„Ермак“ во льдах» (1901).
В 1902 г. был создан специальный Международный совет по изучению морей, который способствовал развитию морских исследований. Создание совета было подготовлено Международным географическим конгрессом, проходившим в Берлине в 1889 г. В работе конгресса приняли участие многие страны: Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Нидерланды, Норвегия, Россия, Швеция и Соединенные Штаты. Совет просуществовал 10 лет и успел сделать очень много в области океанографии как пауки. В то же время основной целью совета было изучение морских промыслов и их охрана от хищнического истребления. Все полученные материалы быстро обрабатывались и издавались не позднее, чем через год. Организованное советом наблюдение вдоль постоянных линий (разрезов), повторяемое регулярно 4 раза в год, дало возможность обнаружить большие изменения океанографических характеристик от года к году. Таким образом, постоянный центр сделал большой шаг в исследовании морей, разработке методов, создании приборов.
В 1918 г. в Советском Союзе был создан Комитет для исследований по гидрологии, метеорологии и геологии. Через четыре года этот комитет был преобразован в Центральное гидрометеорологическое бюро, задачей которого стало изучение прибрежных зон морей (с устьями рек) и руководство гидрометеорологической сетью.
За подписью В. И. Ленина 10 марта 1921 г. был издан проект постановления об учреждении Плавучего морского института. Ему надлежало планомерно изучать советские моря, побережья, острова. Впоследствии этот институт реорганизовали, и с 1933 г. он существует как Всесоюзный научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО). Одновременно с Плавмормином появились: Институт Севера (затем Арктический и ныне Арктики и Антарктики) и морской отдел в Государственном гидрологическом институте. Создаются местные научно-исследовательские обсерватории в системе Гидрометеорологической службы и Военно-Морского Флота, институты и станции рыбного хозяйства. Работу прибрежных морских станций дополняли многочисленные экспедиции, а затем родилось могучее средство наблюдений — ледовая авиаразведка.
Со знаменитой станции «Северный полюс-1» (1937–1938 гг.) началось планомерное освоение этого сурового района, прерванное на несколько лет войной.