海水的成分主要包括以下幾類：
主要成分（大量、常量元素）。這些是在海水中濃度大於1×10^6mg/kg的成分。主要的陽離子包括鈉（Na^+）、鉀（K^+）、鈣（Ca^2+）、鎂（Mg^2+）和鍶（Sr^2+），而陰離子則包括氯（Cl^-）、硫酸根（SO4^2-）、溴（Br^-）、碳酸氫根（HCO3^-）（或碳酸根CO3^2-）和氟（F^-）。此外，還有以分子形式存在的硼酸（H3BO3），這些成分的總和占海水鹽分的99.9%。由於這些成分在海水中的含量較大，其濃度比例相對恆定，受生物活動和總鹽度變化的影響都不大，因此被稱為保守元素。值得注意的是，海水中的矽（Si）含量有時也大於1mg/kg，但由於其濃度受生物活動影響較大，性質不穩定，通常不被包括在主要成分的討論中。
溶於海水的氣體成分。這些包括氧、氮以及惰性氣體等。
營養元素（營養鹽、生源要素）。這些元素主要與海洋植物的生長有關，通常是指氮（N）、磷（P）及矽（Si）等。這些要素在海水中的含量經常受到植物活動的影響，對生物有重要意義。
微量元素。這些是在海水中含量很低的成分，但又不屬於營養元素。
海水中的有機物質。這些包括胺基酸、腐殖質、葉綠素等。
海水的化學成分非常複雜，包含了多種化學元素和氣體。除了氫（H）和氧（O），每千克海水中含量在1毫克以上的元素被稱為常量元素。海水中絕大多數的化學元素是以鹽類離子的形式存在的，其中氯化鈉的含量最高，占88.6%，硫酸鹽占10.8%。海水的常量元素之間的濃度比例相對較為穩定，而不同的元素在海水中的停留時間也有所不同。