Biologinen okeanografia tutkii kaikkea elämää meressä. Erotettuna meribiologiasta, joka keskittyy tiettyjen meren olentojen biologiaan, biologinen valtamerenografia pyrkii ymmärtämään meren kaikkien elämän tasojen ja niiden ympäristön välisiä vuorovaikutuksia. Tämä suhteellisen uusi tieteellinen kurinalaisuus on tullut yhä tärkeämmäksi 21. vuosisadalla, kun biologit ja muut tieteelliset asiantuntijat pyrkivät ymmärtämään meressä tapahtuvia muutoksia, jotka vaikuttavat elämänmuotoihin mikroskooppisista bakteereista suureen sinivalaan.
Valtamerien ekologian ymmärtäminen on biologisen merentutkimuksen tärkein tavoite. Jotkut alan yleisistä alueista sisältävät ymmärryksen siitä, miten eri lajien populaatiot ovat vuorovaikutuksessa keskenään, miten ravintoketjut muodostuvat ja kuinka lämpötila, kemialliset ja geologiset muutokset vaikuttavat meren elämään. Vaikka jotkut tutkimukset voivat keskittyä tiettyyn meren lajeihin tai organismeihin, merentutkijat ottavat usein laajemman näkökulman ja yrittävät ymmärtää, miten tutkittu ilmiö tai laji vaikuttaa koko meriympäristöön. Tämä laaja näkökulma vaatii usein monien eri tieteellisten alojen, kuten kemian, geologian ja jopa fysiikan, yhdistämistä.
Vaikka osa biologisesta valtamerentutkimuksesta tehdään merellä suoritettavien tutkimusten kautta, suuri osa tästä laajasta kurinalaisuudesta tehdään myös laboratorioissa. Esimerkiksi mikroskooppisten organismien tutkimus tehdään usein laboratorioympäristössä, koska näitä olentoja on lähes mahdotonta tutkia alkuperäisessä ympäristössään. Valtameren ympäristössä biologinen valtamerentutkimus sisältää usein upotettavia tutkimusaluksia, kuten sukellusveneitä, luotainlaitteita ja vedenpitäviä kameroita, jotta voidaan havaita ja tutkia laajaa ekologiaa, jota ei näy pinnan yläpuolelta. Ei ole yllättävää, että Oceanografian osa-alue on biologisissa tutkimuksissa käytettävien laitteiden suunnittelu ja parantaminen.
20 -luvulla tehtiin paljon töitä yksinkertaisesti ymmärtääkseen, mitä meren läpinäkymättömien vesien alla oli. Nyt kun syvyyksiä ymmärretään jonkin verran paremmin, 21. vuosisadan biologinen valtamerentutkimus pyrkii keskittymään muun muassa väestön vuorovaikutukseen, suojeluun ja valtameren muuttuvan ilmaston ymmärtämiseen. Valtamerien suhde ilmaston lämpenemiseen on meritutkijoiden ensisijainen tutkimuslähde. Monet merentutkijat tutkivat, miten meri absorboi ja hallitsee kriittisiä elementtejä, kuten hiiltä ja typpeä, yrittääkseen ymmärtää, miten meriekologia voi muuttua pilaantumisen kasvaessa.
Biologisen merentutkimuksen tutkimus on avain elämän ymmärtämiseen aaltojen alla. Sen lisäksi, että merentutkijat ovat tutkineet ilmastonmuutoksen vaikutuksia ja merivesien happamoitumista, ne ovat usein avaintekijöitä ympäristönsuojelupolitiikan suunnittelussa, jonka tavoitteena on säilyttää elämä meressä. Oman kurinalaisuutensa ja meriekologian tulevaisuuden varmistamiseksi meritieteilijöillä on tärkeä rooli suojelututkimuksessa ja -toiminnassa.