英国化学家W.迪特玛于1872～1876年随“挑战者”号进行环球考察时，对各个海域的海水进行了全面测定与比较后认为，不同海域的海水总体上讲其成分是基本相同的，构成也是相对稳定的。但是，由于不同海域海水的温度、盐度、蒸发量与降水量等存在一定差异，因而其构成成分有可能出现某些微小的差别。
海水的构成除了最基本成分——水（H2O）之外，还溶解有大约3.5％的可溶性无机盐，其中氯化钠（NaCl）约占无机盐总量的85％，此外还有氯化镁（MgCl2）、硫酸镁（MgSO4）、硫酸钙（CaSO4）、碳酸氢钙（Ca（HCO3）2）、硫酸钾（K2SO4）、溴化镁（MgBr2）等。这些无机盐在海水中大多离解成离子状态存在。
海水中最常见的离子有：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Cl-、SO2-4、HCO-3、Br-等，这几种离子大约可占海水中全部离子总量的99.95％。海水中的微量元素几乎包含了所有的已知微量元素，但其含量都非常低，以含量最高的锶（Sr）、硅（Si）、氟（F）为例，每升海水中的含量仅分别为8毫克、3毫克、1.3毫克。
大气中所包含的主要气体在海水中也存在，但其含量却少得可怜：空气中含氮气（N2）76％、氧气（O2）21％、氩气（Ar）1％、二氧化碳（CO2）0.032％，其他气体约0.22％；而海水中的氧气含量只有0.0046％～0.0075％、氮气0.00005％、氩气0.00005％，仅为空气中含量的1/10000至1/1000000。海水中溶解的气体虽然含量很低，但对维系海洋生物的生命活动却至关重要。