海洋浩瀚无垠，海洋生物可以在广阔的大海中尽情遨游。但是，海洋中却并非处处都有海洋生物，生物分布还要受许多环境因素的制约。
浮游生物是海洋中个体数量最多的生物。其中，浮游植物必须生活在有光照的水域中，因为它们必须依靠光合作用来制造营养，维持生命，因而浮游植物白天一般多生活在洋面区上层的光亮带，即100米以内的浅水层中，夜间可下沉至200米以内的稍深水层中。浮游动物大多以浮游植物为食，由于其摄食活动大多是在夜间进行，因而夜间它们大多活动在200米以内、有浮游植物分布的水层中，白天则下沉至200米以下的弱光区生活。
鱼类大多以浮游动物或者小型鱼虾等为食物，因而其分布水域大多在距海岸几百千米、水深200米以内的大陆架及其附近海区。大陆架水域分布的鱼类数量大约可占鱼类总数的2/3以上，只有一部分大洋性洄游鱼类，如金枪鱼、旗鱼、鲣鱼等，可分布至广阔的大洋水域。还有部分鱼类几乎长年都生活在海底，成为底栖性鱼类，如比目鱼。此外，还有少数鱼平时都生活在海洋中，但繁殖季节则需要溯游至江河内产卵繁殖，如鲑鳟鱼类。在更深的海底水域，虽然也曾发现过鱼类，例如，深海潜艇曾在数千米以下的深海海底发现过形状怪异的鱼，1978年在南极罗斯冰架下597米的冷水团中发现过鱼，但大洋深处究竟有多少鱼类，至今仍然是个未知数。
贝类中绝大多数都生活在海底，这也是由其生活习性所决定的。贝类需要滤食浮游性微藻类或者捕食其他贝类，其生存水域中必须有足够的食物，因而它们大多也只能分布在水深100～200米以内的海域。虾蟹类大致上也是如此。至于深海中有多少生物，至今仍不是十分清楚。因为直至目前为止，全球海洋中大约只有5％左右的水体被人类基本上探明，而占全球海洋80％以上的深海区，除了少数探险家偶尔光顾之外，基本上还属于未知的空白区，人类对深海的了解仅知之皮毛。
深海中一片漆黑，水温一般只有2℃左右，而压力却高达30～110MPa，是正常大气压（0.1MPa）的几百倍乃至上千倍，深海下层的海水中含氧量仅为表层海水的1/10左右。如此恶劣的环境条件普通海洋生物是根本无法存活的。据计算，海水深度每增加10米，产生的压力就相当于一个大气压（0.1MPa）。在水深超过30米的海底，未经特殊训练的潜水员就很难承受海水的巨大压力；在水深1000米的深处，海水的压力可达100个大气压（10MPa），如此大的压力足以使木材的体积被压缩至一半，变得像金属一样不能漂浮而只能下沉；在水深10000米以下的深海中，压力超过1000个大气压（100MPa），曾在该深度考察过的用特殊钢制造的直径218厘米、壁厚8.7厘米的深潜器，大小被压缩了2毫米，同时深潜器的外部涂层也在巨大的压力下全部剥落。
根据深海探险家描述，为适应深海中这种特殊环境，深海生物的体色多呈红色、黑色或者无色，有些种类还能发出磷光；深海鱼的眼很小或者全盲，嘴大，颚宽阔，胃容量很大，以便能获取并容纳更多的食物；由于深海中食物稀少，深海生物的体型一般都不太大，新陈代谢迟缓，生长也极其缓慢；可能因深海中生物密度较小、同类难求的缘故，许多深海生物的配偶常常是终身的，有的种类雄性个体还以寄生的方式终生依附于雌性个体身上，成为永不分离的终身伴侣。
深海生物由于长期生活在低温、高压、少氧的环境中，采集上来后会很快死亡并腐败解体，因而能保留下来的标本就极为罕见。1996年一艘科学考察潜艇在马里亚纳海沟查林杰海渊中第一次在11000多米深的海底收集到微生物样品，该样品在实验室经培养后，被鉴别出多种原始细菌类和真菌类，其中还包括一些抗寒菌类及其孢子。这些菌类能承受比海面高1000多倍的压力和2℃左右的低温，并且在这种苛刻的环境条件下仍能正常地生活与繁衍。