海洋的底層，覆蓋著大量的沉澱物。形成這些沉澱物的途徑是多種多樣的。陸地岩石的風化、海洋動物的殘骸、海水中的化學反應、來自大氣層的微粒、外太空的粒子流等等，都是海底沉積物的來源。其中由大量海洋生物屍體形成的沉積物被稱為海底軟泥。軟泥因其形成的深度不同而擁有不同的性質，其中在3000米以上水域形成的多為鈣質軟泥，而在深於3000米的海底，矽質軟泥則占主導地位。因此，如果在某片海底發現了海底軟泥物質，則說明該海底上方的海域中存在著或曾經存在過海洋生命。
深海海底中的沉積物主要來源於大陸上岩石的分解。風化、侵蝕等作用使得大陸上的岩石分解成粉塵狀的微粒，這些微粒通過風和河流的搬運作用來到海洋中。其中大部分沉積物會最終停留在水深較小的大陸架上，但是少部分會一直深入到大洋區中才開始沉降。深海海底沉積物的形成過程是極其緩慢的，其厚度平均每1000年增長1厘米。而在大陸架上，由於沉澱來源豐富，其沉積速度相對較快一些，大約是每1000年增加50厘米。
在大洋中的不毛之地——深淵區的海底上，覆蓋著一層薄薄的沉積物。這層沉積物的學名叫海底黏土。由於深度的原因，海底黏土的沉積速度緩慢到每1000年隻增加1毫米的程度。海底黏土的質地極其細膩，由於組成微粒過於細小，這種紅棕色的黏土觸感類似柔軟的黃油。通常，若某海域的海底存在較厚的深海黏土，那麼可以斷定該海域中海洋生命的數量非常少，抑或是由於該地區海水深度實在太深，生物殘骸形成的沉澱物在沉降的過程中就已經完全溶解。深海黏土在太平洋的深海海底上有著廣泛的分布。
在大洋深處的海底，常常出現長達數百千米的鎂結核分布區。雖然深海鎂結核的形成機理至今也沒有明確的答案，但是科學家們斷定它們是某種深海化學反應的產物。也有一些學派推測鎂結核的形成與海底熱泉有關。從熱泉噴口中噴湧而出的熱水富含礦物質，也許是它們通過某種未知的機製凝結成了海底鎂結核。