海洋气候预测室的主要职责是负责海气相互作用、海水CO2及气候变化等方面的观测、预测与研究工作。
具体职责包括负责开展海气相互作用、海水CO2和大气边界层观测和研究；负责厄尔尼诺监测预测及模式的研制开发；负责区域和全球海洋与气候变化的预测和研究；负责全球气候变化对海洋的影响评估；负责开展气候模式的同化技术研究和应用；承办中心领导交办的其它事宜。
海洋气候预测研究室下设4个组：海洋碳研究组、厄尔尼诺组、海气相互作用与气候变化预测组和资料同化组。