„Kolor” oceanu jest określany przez interakcje padającego światła z substancjami lub cząsteczkami obecnymi w wodzie. Białe światło słoneczne składa się z widma długości fal (około 400-700 nm), które kropelki wody rozpraszają na ciągłe spektrum „tęczowych” kolorów. Duże ilości wody, nawet w basenie, również wydają się niebieskie.
Gdy światło świeci na powierzchnię wody, różne kolory są pochłaniane, przekazywane, rozpraszane lub odbijane z różną intensywnością przez cząsteczki wody i inne tak zwane optycznie aktywne składniki w zawiesinie w górnej warstwie (zwanej strefą epipelagiczną lub fotyczną) oceanu. Powodem, dla którego wody otwartego oceanu wydają się niebieskie w czystych warunkach w południe, jest absorpcja i rozpraszanie światła. Długości fal niebieskiego światła są rozpraszane, podobnie jak rozpraszanie niebieskiego światła na niebie, ale absorpcja jest znacznie większym czynnikiem niż rozpraszanie dla czystej wody oceanicznej. W wodzie absorpcja jest silna w kolorze czerwonym i słaba w niebieskim, dlatego kolor czerwony jest szybko absorbowany w oceanie, pozostawiając kolor niebieski. Prawie całe światło słoneczne, które dostaje się do oceanu jest absorbowane, z wyjątkiem bardzo bliskich wybrzeży. Długość fali czerwonej, żółtej i zielonej jest pochłaniana przez cząsteczki wody w oceanie.
Gdy światło słoneczne uderza w ocean, część światła jest odbijana bezpośrednio, ale większość przenika przez powierzchnię oceanu i oddziałuje z cząsteczkami wody, które napotyka. Długość fali czerwonej, pomarańczowej, żółtej i zielonej jest pochłaniana, a więc pozostałe światło, które widzimy, składa się z krótszych fal niebieskich i fioletowych.
Każde cząstki zawieszone w wodzie zwiększą rozpraszanie światła. W obszarach przybrzeżnych, spływy z rzek; resuspensja piasku i mułu z dna przez pływy, fale i burze; i wiele innych substancji może zmienić kolor wód przybrzeżnych. Niektóre rodzaje cząstek mogą również zawierać substancje, które absorbują pewne długości fal świetlnych, co zmienia ich właściwości. Na przykład, mikroskopijne algi morskie, zwane fitoplanktonem, mają zdolność do pochłaniania światła w niebieskim i czerwonym obszarze widma, dzięki specyficznym pigmentom, takim jak chlorofil. W związku z tym, gdy stężenie fitoplanktonu w wodzie wzrasta, kolor wody przesuwa się w kierunku zielonej części widma. Drobne cząstki mineralne, takie jak osady, pochłaniają światło w niebieskiej części widma, powodując, że woda staje się brązowawa, jeśli jest w niej dużo osadów.
Najważniejszą substancją pochłaniającą światło w oceanach jest chlorofil, który fitoplankton wykorzystuje do produkcji węgla w procesie fotosyntezy. Chlorofil, zielony pigment, sprawia, że fitoplankton preferencyjnie absorbuje czerwoną i niebieską część widma światła i odbija światło zielone. Regiony oceanów o wysokim stężeniu fitoplanktonu mają odcienie niebiesko-zielone w zależności od rodzaju i gęstości populacji fitoplanktonu w danym miejscu. Podstawową zasadą teledetekcji koloru oceanu z kosmosu jest to, że im więcej fitoplanktonu znajduje się w wodzie, tym bardziej jest ona zielona.
Istnieją inne substancje, które można znaleźć rozpuszczone w wodzie, które również mogą pochłaniać światło. Ponieważ substancje te składają się zwykle z węgla organicznego, badacze nazywają je kolorową rozpuszczoną materią organiczną.