历经46亿年的演化，地球在岩石圈、水圈、大气圈、冰冻圈与生物圈的交互作用下，造就了当今的海洋生态系统。
海洋包括北冰洋、太平洋、大西洋、印度洋、南大洋以及它们的边缘海，覆盖地球表面积71%，涵盖极地到赤道气候区，是地球系统的关键组成部分，为丰富的海洋生物提供了栖息地，贡献了地球上约50%的初级生产力，是人类重要的食物来源，与人类生存息息相关。
海水的热容量是空气4倍，储存了大量的地表热量。海水巨大的体量使得其以溶解态形式存储了高于大气中二氧化碳库储50倍的无机碳。通过海气界面，海洋与大气交换热量、水和生物地球化学相关的气体，如氧气和二氧化碳。而在海洋中，经由风驱动的大洋环流和极地的热盐环流，将这些物质和能量在全球海洋中重新进行水平与垂直分布。例如，西边界流将物质与热量从热带转移到高纬地区，在传输过程中海水释放热量到大气导致温度降低，密度变大，将表层高浓度的二氧化碳带入更深层的海洋。在风的驱动下，海洋环流也会在某些地区，如东赤道上升流区从深层带来富营养的冷水，从而使深海和大气之间的热量、氧气和二氧化碳发生交换。因此，海洋可以在季节、年际乃至千年尺度上调节地球气候。
事实上，海洋对地球气候的影响可以追溯到地球形成的早期。大约38亿年前，地球表面被岩浆所覆盖，完全不适合生物生存，直至地球开始冷却，地壳凝固，降雨开始发生，海洋逐步形成。大约30亿年前，海洋出现光合细菌释放氧气，改变大气组成成分。大约24亿年前，大气中的甲烷和二氧化碳逐步下降而氧气逐渐上升，这可能导致地球进入为期两亿年的雪球状态。
当太阳、月球和其他行星改变它们的相对位置时，地球的轨道会摆动，从而影响太阳入射到地球的能量。当北半球的夏季日照量低于某个临界值，冬天的积雪不会在夏天完全融化。随着积雪增加，冰盖开始增长，从而进入冰期，反之进入间冰期。
然而，在末次冰河时代，地球发生了20多次短期快速的气候变化事件。这些事件与冰期—间冰期旋回的不同之处在于，它们可能不涉及全球平均温度的大幅变化。在这些事件中，格陵兰岛和南大洋的变化不是同步的，而南大西洋和北大西洋的变化方向相反，即所谓“跷跷板”效应。这意味着，由海洋洋流主导的在气候系统内对热量进行重新分配，就能足够触发临界点，以引起气候快速变化，而不需要全球辐射平衡发生重大变化。这些案例表明，地球气候系统本身的自然变率复杂，不同时间尺度的气候临界点也各不相同，而海洋很可能在短期气候突变中扮演着重要角色。
基于古气候记录和模型研究，科学家发现，如果单纯考虑地球气候系统的自然变率，地球将在未来1500年内进入冰期。然而自工业革命以来，人类活动通过矿物燃料燃烧、水泥生产、农业和土地利用等，已导致温室气体在大气中积累。截至2021年，全球平均大气二氧化碳浓度超过410ppm(浓度单位，也称百万分比浓度)，地球大气层至少在过去100万年没有经历过这一水平。
大气中的二氧化碳会吸收地球的红外线辐射，相当于给地球覆盖一层毛毯，导致全球年均温度上升了1.3℃左右，使地球气候显著偏离了其自然变化趋势。海洋以其巨大的热容量吸收了全球总二氧化碳30—40%，以及人类释放温室气体所捕获热量的93%，延缓了全球暖化。科学家评估如果没有海洋的吸热，地球平均温度将高达50℃。
然而，海洋在吸收大量二氧化碳和热量、缓和全球暖化的同时，自身的理化属性与环流结构也发生了变化，造成了海水暖化、酸化、层化加剧、缺氧恶化等后果，深刻改变了海洋的生态系统过程及其反馈，并引发一系列级联反应。
海洋变暖正在多个营养水平上影响海洋生物和渔业，对粮食生产和人类社会产生影响。政府间气候变化专门委员会报告也强烈呼吁人类需要及时采取缓解和适应措施。但目前我们对气候变化如何影响海洋生态系统的认识要滞后于陆地生态系统，这是由于海洋本身巨大的体量和复杂性，还有部分原因是海上观测较为困难，导致长期观测少于陆地。(郑立伟 郑旭峰 高树基)
