英國化學家W.迪特瑪於1872～1876年隨“挑戰者”號進行環球考察時，對各個海域的海水進行了全麵測定與比較後認為，不同海域的海水總體上講其成分是基本相同的，構成也是相對穩定的。但是，由於不同海域海水的溫度、鹽度、蒸發量與降水量等存在一定差異，因而其構成成分有可能出現某些微小的差別。
海水的構成除了最基本成分——水（H2O）之外，還溶解有大約3.5％的可溶性無機鹽，其中氯化鈉（NaCl）約占無機鹽總量的85％，此外還有氯化鎂（MgCl2）、硫酸鎂（MgSO4）、硫酸鈣（CaSO4）、碳酸氫鈣（Ca（HCO3）2）、硫酸鉀（K2SO4）、溴化鎂（MgBr2）等。這些無機鹽在海水中大多離解成離子狀態存在。
海水中最常見的離子有：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Cl-、SO2-4、HCO-3、Br-等，這幾種離子大約可占海水中全部離子總量的99.95％。海水中的微量元素幾乎包含了所有的已知微量元素，但其含量都非常低，以含量最高的鍶（Sr）、矽（Si）、氟（F）為例，每升海水中的含量僅分別為8毫克、3毫克、1.3毫克。
大氣中所包含的主要氣體在海水中也存在，但其含量卻少得可憐：空氣中含氮氣（N2）76％、氧氣（O2）21％、氬氣（Ar）1％、二氧化碳（CO2）0.032％，其他氣體約0.22％；而海水中的氧氣含量隻有0.0046％～0.0075％、氮氣0.00005％、氬氣0.00005％，僅為空氣中含量的1/10000至1/1000000。海水中溶解的氣體雖然含量很低，但對維係海洋生物的生命活動卻至關重要。