海洋的底层，覆盖着大量的沉淀物。形成这些沉淀物的途径是多种多样的。陆地岩石的风化、海洋动物的残骸、海水中的化学反应、来自大气层的微粒、外太空的粒子流等等，都是海底沉积物的来源。其中由大量海洋生物尸体形成的沉积物被称为海底软泥。软泥因其形成的深度不同而拥有不同的性质，其中在3000米以上水域形成的多为钙质软泥，而在深于3000米的海底，硅质软泥则占主导地位。因此，如果在某片海底发现了海底软泥物质，则说明该海底上方的海域中存在着或曾经存在过海洋生命。
深海海底中的沉积物主要来源于大陆上岩石的分解。风化、侵蚀等作用使得大陆上的岩石分解成粉尘状的微粒，这些微粒通过风和河流的搬运作用来到海洋中。
其中大部分沉积物会最终停留在水深较小的大陆架上，但是少部分会一直深入到大洋区中才开始沉降。深海海底沉积物的形成过程是极其缓慢的，其厚度平均每1000年增长1厘米。而在大陆架上，由于沉淀来源丰富，其沉积速度相对较快一些，大约是每1000年增加50厘米。
在大洋中的不毛之地——深渊区的海底上，覆盖着一层薄薄的沉积物。这层沉积物的学名叫海底黏土。由于深度的原因，海底黏土的沉积速度缓慢到每1000年只增加1毫米的程度。海底黏土的质地极其细腻，由于组成微粒过于细小，这种红棕色的黏土触感类似柔软的黄油。通常，若某海域的海底存在较厚的深海黏土，那么可以断定该海域中海洋生命的数量非常少，抑或是由于该地区海水深度实在太深，生物残骸形成的沉淀物在沉降的过程中就已经完全溶解。深海黏土在太平洋的深海海底上有着广泛的分布。
在大洋深处的海底，常常出现长达数百千米的镁结核分布区。虽然深海镁结核的形成机理至今也没有明确的答案，但是科学家们断定它们是某种深海化学反应的产物。也有一些学派推测镁结核的形成与海底热泉有关。
从热泉喷口中喷涌而出的热水富含矿物质，也许是它们通过某种未知的机制凝结成了海底镁结核。