De “kleur” van de oceaan wordt bepaald door de wisselwerking van invallend licht met stoffen of deeltjes die in het water aanwezig zijn. Wit zonlicht bestaat uit een spectrum van golflengten (ongeveer 400-700 nm), die door waterdruppels worden verspreid in een continu spectrum van “regenboog”-kleuren. Grote hoeveelheden water, zelfs in een zwembad, zouden ook blauw lijken.

In dit MODIS-beeld van de Caribische Zee lijkt het water blauw omdat de watermoleculen het zonlicht verstrooien. Bij de Bahama-eilanden duiden de lichtere aquakleuren op ondiep water, waar het zonlicht wordt weerkaatst door het zand en de riffen aan de oppervlakte.

Wanneer licht op het wateroppervlak schijnt, worden de verschillende kleuren in verschillende intensiteiten geabsorbeerd, doorgelaten, verstrooid of weerkaatst door watermoleculen en andere zogenaamde optisch actieve bestanddelen die in suspensie zijn in de bovenste laag (de epipelagische of fototische zone genoemd) van de oceaan. De reden dat open oceaanwater ’s middags onder heldere omstandigheden blauw lijkt, is te wijten aan de absorptie en verstrooiing van licht. De golflengten van blauw worden verstrooid, vergelijkbaar met de verstrooiing van blauw licht in de lucht, maar absorptie is een veel grotere factor dan verstrooiing voor het heldere oceaanwater. In water is de absorptie sterk in het rood en zwak in het blauw, en dus wordt rood in de oceaan snel geabsorbeerd en blijft blauw over. Bijna al het zonlicht dat de oceaan binnenkomt, wordt geabsorbeerd, behalve heel dicht bij de kust. De golflengten rood, geel en groen worden geabsorbeerd door watermoleculen in de oceaan.

Als het zonlicht de oceaan raakt, wordt een deel van het licht direct teruggekaatst, maar het grootste deel dringt het oceaanoppervlak binnen en reageert met de watermoleculen die het tegenkomt. De golflengten rood, oranje, geel en groen worden geabsorbeerd, zodat het resterende licht dat we zien bestaat uit de kortere golflengten blauw en violet.

Alle deeltjes die in het water zweven, zullen de verstrooiing van het licht vergroten. In kustgebieden kunnen afvloeiing van rivieren, resuspensie van zand en slib van de bodem door getijden, golven en stormen, en een aantal andere stoffen de kleur van het water nabij de kust veranderen. Sommige soorten deeltjes kunnen ook stoffen bevatten die bepaalde golflengten van het licht absorberen, waardoor de kenmerken veranderen. Zo hebben microscopische zeealgen, fytoplankton genaamd, het vermogen om licht in het blauwe en rode gebied van het spectrum te absorberen, dankzij specifieke pigmenten zoals chlorofyl. Naarmate de concentratie fytoplankton in het water toeneemt, verschuift de kleur van het water dan ook naar het groene deel van het spectrum. Fijne minerale deeltjes zoals sediment absorberen licht in het blauwe deel van het spectrum, waardoor het water bruin kleurt als er een enorme sedimentbelasting is.

De belangrijkste lichtabsorberende stof in de oceanen is chlorofyl, dat fytoplankton gebruikt om koolstof te produceren door fotosynthese. Chlorofyl, een groen pigment, zorgt ervoor dat fytoplankton bij voorkeur het rode en blauwe deel van het lichtspectrum absorbeert en groen licht weerkaatst. Oceaangebieden met hoge concentraties fytoplankton hebben blauwgroene tinten, afhankelijk van het type en de dichtheid van de fytoplanktonpopulatie aldaar. Het basisprincipe achter de teledetectie van de kleur van oceanen vanuit de ruimte is dat hoe meer fytoplankton zich in het water bevindt, hoe groener het is.

Er zijn nog andere stoffen die opgelost in het water kunnen worden aangetroffen en die ook licht kunnen absorberen. Aangezien deze stoffen meestal uit organische koolstof bestaan, noemen onderzoekers ze meestal gekleurde opgeloste organische stoffen.