物理海洋研究室主要从事物理海洋与海洋物理学的基础、应用基础和高技术创新研究。设有海洋环流动力学、海洋环流模式、海洋工程水文、海洋数值模拟、海洋微波遥感、海洋水色遥感、海洋光学等学科组。在南海环流时空结构、海洋动力过程和热力过程、海洋工程水文、海洋遥感应用、海洋光学和海洋数值模拟等方面取得了一系列重要成果。
海洋环境生态实验室由原海洋生物、海洋化学和海洋环境科学3个研究室进行优化组合而成立，重点开展热带亚热带海湾特殊类型生态系统动力过程及其资源可持续发展机制，典型河口、海湾生态系统演变过程及生物资源，南海及其周边海域生物地球化学循环及其对全球变化的响应与反馈等方面的研究。拥有一支结构合理、研究力量较强的专门从事海洋生态与环境研究的队伍，具有多学科交叉研究的优势和参与国际竞争的能力。研究方向为海洋生态与生物资源、环境海洋与藻类生态学、海洋环境生物地球化学、海洋环境与分子微生物学、遥感海洋生态与海洋环境。