人眼看到的海水的颜色，是海水对太阳反射光的颜色。白光射向海水时，由于海水对白光的选择吸收和散射，使海水呈现蓝色。光通过介质时，光的部分能量被介质吸收而转变成介质的内能，使得光的强度随着光穿过的厚度而衰减的现象称为光的吸收。若某种介质在一定波长范围内，对光的吸收程度很小，并且随波长变化不大，这种吸收称为一般吸收；若某种介质对某些波长的光的吸收特别强烈，且随波长变化也很大，这种吸收称为选择吸收。太阳光射到海水上时，由于海水对红、黄色光进行选择吸收，而对蓝、紫色光强烈散射、反射，因而海水看起来呈蓝色。绝大部分物体呈现颜色，都是其表面或体内对可见光进行选择吸收的结果。
海水的颜色主要是由海水的光学性质，即海水对太阳光线的吸收、反射和散射造成的。我们知道：太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成，七色光波长长短不一，从红光到紫光，波长由长渐短，其中波长长的红光、橙光、黄光穿透能力强，最易被水分子所吸收。波长较短的蓝光、紫光穿透能力弱，遇到纯净海水时，最易被散射和反射。又由于人们眼睛对紫光很不敏感，往往视而不见，而对蓝光比较敏感。于是，我们所见到的海洋就呈现出一片蔚蓝色或深蓝色了。如果打一桶海水放在碗中，则海水和普通水一样，是无色透明的。其实海水看上去也不全是蓝色的，而是有红、黄、白、黑等等，五彩缤纷。因为海水颜色除了受以上因素影响外，还会受到海水中的悬浮物质、海水的深度、云层等其他因素的影响。如我国的黄海，看上去一片黄绿，这是因为古代黄河夹带的大量泥沙将海水“染黄”了。虽然现在黄河改道流入渤海，但黄海北部有宽阔的渤海海峡与之相通，加之它还有淮河等河水注入，故海面仍呈浅黄色。
亚非两洲之间的红海，因其水温很高，海里生长着一种水藻，大批死亡后呈红褐色，将海水染成红色。红海由此而得名。
而黑海，由于多瑙河、顿河、第聂伯河等河水的注入，表层密度很小，深层受地中海高盐度海水影响，密度很大。这样，上层密度小，下层密度大，且差异很大，上下层水体难以交换。黑海与地中海之间也仅有 一又窄又浅的土耳其海峡相通，使得它们之间海水也难以大量交换。这样，黑海下层海水长期处于缺氧环境，上层海水中生物分泌的秽物和各种动植物死亡后沉到深处腐烂发臭，大量污泥浊水，使海水变黑了。
北冰洋深入俄罗斯北部的白海，则是因为它的纬度较高，终年寒冷，冰雪茫茫，加之有机物含量少，海水呈现出一片白色，故名白海
