海洋物理組致力於陳述和理解海洋流動和水質在不同空間與時間尺度上的演變規律。相關過程為：湍流、內波、沿岸∕河口流動、黑潮與亞洲海域的環流；方法為：海上遠征、遙測、數值模擬和理論分析。本組也利用聲學技術和拖曳方法開發儀器，以提高對海洋與大氣聯繫的理解。
海洋物理組研究的目標在於探討跨尺度的各類海洋現象和主導海洋變動的動力機制，了解海洋環境的特性與長期變化以及這些變動在全球生態及氣候系統中所扮演的角色，最終的目的在應用這些研究成果以改善數值模式預報結果與開發海洋再生能源，達到永續經營海洋。近年來，海洋物理研究群組積極探索空間尺度由數公尺的紊流與不穩定流切、百餘公尺至數公里的近岸∕河口流、數十至數百公里的次中與中尺度海流與颱風與黑潮到數千百公里的大洋環流；而時間尺度則由短時間變化的波浪和年紀尺度變化的西方邊界流到大洋環流數十年年代紀變化的研究探討。同時間與國內外大氣學界合作來拓展在海氣交互作用觀測實驗上的進展。其他發展的面向則包含海洋聲學於海洋探測的應用、水下自主觀測技術與社群通用三維海洋數值模式等。
目前海洋物理組所注重的研究方向為：
海洋化學組的研究致力於利用化學方法來瞭解海洋，著重於探討海水中的營養鹽、微量金屬的形態與同位素分佈、生物地球化學循環、海氣交互作用、環境污染等方面的研究，利用先進的化學分析儀器、質譜儀與化學探針、配合研究船船載潔淨採樣設備與水下錨定系統等取得的海水、懸浮顆粒與沈積物樣品進行分析、並結合數值方法了解各樣的生地化過程。
海洋化學組的教學與研究重點包含海洋營養鹽與碳循環、有機與無機化學、微量元素與同位素化學、海洋環境污染、珊瑚礁環境化學與永續經營等面向，進而了解全球自然與人為環境變遷對臺灣周遭海域與全球海洋的影響，並利用微量元素及其同位素來研究海洋生地化循環與變化以及環境污染對海域生態的影響，結合現地實驗與數值方法解析並模擬海洋生地化循環的過去、現在、與未來。
目前海洋化學組主要研究方向為：
海洋地質與地球物理組分為海洋地質、地球物理及地球化學三個教學研究群，涵蓋領域從岩石圈動力、地體架構、板塊理論、沉積動力、古海洋環境變遷等基礎課題，進而至整合海洋地質、地球化學與地球物理研究工具，進行調查測繪和資源探勘，探討臺灣週邊海域的地質環境與沉積紀錄。本組具有嫻熟操作大型的精密海洋地質與地球物理儀器和處理及研判解析觀測資料之完整能力，多年來在國內海洋學界保有一貫優勢，並在此基礎上進行國際合作與互動交流。順應地球科學的核心研究領域變化，跨領域的整合思考和空間資訊的彙整日益重要。近年來更積極引進各式新一代海洋觀測與調查技術，匯整過去長期收集之各種觀測資料，藉以呈現最新海洋地質架構之不同面向與特性，並建構新的參考模型，作為發展具潛力新領域的基礎，持續加強科學前緣研究。
本組於基礎教學研究之餘，配合國家與社會整體發展所需，積極培育各項專業學能及諮詢所需之人才。目前主要研究方向包括：
海洋生物及漁業組的教學與研究領域涵蓋了海洋生物多樣性、生態系功能、生態學、演化生物學、生物海洋學、漁業生物學和資源管理等。本組海洋生物學的研究對象由微生物、無脊椎動物到脊椎動物，研究議題含括生物的種群、群落組成、食物網系統能量傳遞與生態系統功能，研究範圍從沿岸、近海、乃至大洋及深海生態系統。漁業研究的主題則著重近海、遠洋重要經濟洄游性和底棲魚類的資源評估管理，目標是實現漁業資源的永續利用，並達到海洋保育的目標。本組師資專長多元，從海洋食物網的初級生產者至頂端消費者，研究主軸包括從古至今之地球變遷包含氣候對海洋生物多樣性及整體生態系的影響以及海洋保育及資源永續發展。研究方法著重基礎理論，但也強調新興的工具如環境DNA及人工智慧等的實際應用，經由與其它海洋科學領域的跨領域討論及合作，擴展海洋生物及漁業的研究範疇，並與當今社會面臨的問題接軌，以提供社會及政府必要的知識與合理的解決辦法，探討台灣本土及全球性的海洋生態與環境變遷議題。
目前主要研究方向包括：
