海洋浩瀚無垠，海洋生物可以在廣闊的大海中盡情遨遊。但是，海洋中卻並非處處都有海洋生物，生物分布還要受許多環境因素的製約。
浮遊生物是海洋中個體數量最多的生物。其中，浮遊植物必須生活在有光照的水域中，因為它們必須依靠光合作用來製造營養，維持生命，因而浮遊植物白天一般多生活在洋麵區上層的光亮帶，即100米以內的淺水層中，夜間可下沉至200米以內的稍深水層中。浮遊動物大多以浮遊植物為食，由於其攝食活動大多是在夜間進行，因而夜間它們大多活動在200米以內、有浮遊植物分布的水層中，白天則下沉至200米以下的弱光區生活。
魚類大多以浮遊動物或者小型魚蝦等為食物，因而其分布水域大多在距海岸幾百千米、水深200米以內的大陸架及其附近海區。大陸架水域分布的魚類數量大約可占魚類總數的2／3以上，隻有一部分大洋性洄遊魚類，如金槍魚、旗魚、鰹魚等，可分布至廣闊的大洋水域。還有部分魚類幾乎長年都生活在海底，成為底棲性魚類，如比目魚。此外，還有少數魚平時都生活在海洋中，但繁殖季節則需要溯遊至江河內產卵繁殖，如鮭鱒魚類。在更深的海底水域，雖然也曾發現過魚類，例如，深海潛艇曾在數千米以下的深海海底發現過形狀怪異的魚，1978年在南極羅斯冰架下597米的冷水團中發現過魚，但大洋深處究竟有多少魚類，至今仍然是個未知數。
貝類中絕大多數都生活在海底，這也是由其生活習性所決定的。貝類需要濾食浮遊性微藻類或者捕食其他貝類，其生存水域中必須有足夠的食物，因而它們大多也隻能分布在水深100～200米以內的海域。蝦蟹類大致上也是如此。至於深海中有多少生物，至今仍不是十分清楚。因為直至目前為止，全球海洋中大約隻有5％左右的水體被人類基本上探明，而占全球海洋80％以上的深海區，除了少數探險家偶爾光顧之外，基本上還屬於未知的空白區，人類對深海的了解僅知之皮毛。
深海中一片漆黑，水溫一般隻有2℃左右，而壓力卻高達30～110MPa，是正常大氣壓（0.1MPa）的幾百倍乃至上千倍，深海下層的海水中含氧量僅為表層海水的1／10左右。如此惡劣的環境條件普通海洋生物是根本無法存活的。據計算，海水深度每增加10米，產生的壓力就相當於一個大氣壓（0.1MPa）。在水深超過30米的海底，未經特殊訓練的潛水員就很難承受海水的巨大壓力；在水深1000米的深處，海水的壓力可達100個大氣壓（10MPa），如此大的壓力足以使木材的體積被壓縮至一半，變得像金屬一樣不能漂浮而隻能下沉；在水深10000米以下的深海中，壓力超過1000個大氣壓（100MPa），曾在該深度考察過的用特殊鋼製造的直徑218厘米、壁厚8.7厘米的深潛器，大小被壓縮了2毫米，同時深潛器的外部塗層也在巨大的壓力下全部剝落。
根據深海探險家描述，為適應深海中這種特殊環境，深海生物的體色多呈紅色、黑色或者無色，有些種類還能發出磷光；深海魚的眼很小或者全盲，嘴大，顎寬闊，胃容量很大，以便能獲取並容納更多的食物；由於深海中食物稀少，深海生物的體型一般都不太大，新陳代謝遲緩，生長也極其緩慢；可能因深海中生物密度較小、同類難求的緣故，許多深海生物的配偶常常是終身的，有的種類雄性個體還以寄生的方式終生依附於雌性個體身上，成為永不分離的終身伴侶。
深海生物由於長期生活在低溫、高壓、少氧的環境中，采集上來後會很快死亡並腐敗解體，因而能保留下來的標本就極為罕見。1996年一艘科學考察潛艇在馬裏亞納海溝查林傑海淵中第一次在11000多米深的海底收集到微生物樣品，該樣品在實驗室經培養後，被鑒別出多種原始細菌類和真菌類，其中還包括一些抗寒菌類及其孢子。這些菌類能承受比海麵高1000多倍的壓力和2℃左右的低溫，並且在這種苛刻的環境條件下仍能正常地生活與繁衍。