海水的pH值约为8.1，其值变化很小，因此有利于海洋生物的生长；海水的弱碱性有利于海洋生物利用 CaCO3组成介壳；海水的 CO2含量足以满足海洋生物光合作用的需要，因此海洋成为生命的摇篮。
一般气体在海水中的溶解量与其在大气中的分压成正比，但CO2是个例外。CO2与水有反应，因此提高了它在海水中的浓度。CO2在生物过程中起重要作用，藻类光合作用消耗CO2，产生有机物和氧气。因此，大部分地区的海水表层是不饱和的，深层水由于下沉有机物的分解含有较多的CO2。赤道海域环流和美洲大陆西岸上升流把CO2带入表层水。
海水从大气中吸收CO2的能力很大，而且最初它所能吸收的CO2是现今的几倍。要准确估计海水吸收CO2的能力是较为困难的，因为整个体系处于动态之中。CO2与水生成碳酸，碳酸离解得到碳酸氢根和碳酸根，这是海水中溶解碳的主要化学形式。CO2浓度随深度增加，因为藻类光合作用消耗CO2而在呼吸中放出CO2，另一个原因是CO2的溶解度随压力增加而增加。
天然的碳有三种同位素：12C，13C和14C。其中C是放射性同位素。大气中的C有两种来源，一是宇宙射线与大气中的N2发生核反应产生的；另一种是由于核爆炸产生的。C进入海洋后，随着海水的运动减低浓度，因此可以用来研究CO2的气体交换速率和水团的年龄等。
海水中的二氧化碳含量约为2.2mmol/kg。CO2的各种形式随pH的变化而变化。海水的pH值等于8.1，以HCO3形式为主；其次是CO3；而CO2+H2 CO3含量很低。在CO2+H2 CO3中则是以溶解CO2为主，H2 CO3更少。常常把CO2+H2 CO3称为“游离CO2”，写为CCO2（T）。
