Yksinkertaisesti sanottuna geologinen valtamerentutkimus on merenpohjan tutkimus. Tämä maantieteen haara keskittyy merenpohjan geologiseen rakenteeseen ja topografiaan sekä luonnollisiin prosesseihin, jotka luovat ja muuttavat näitä ominaisuuksia. Tähän alaan erikoistuneet tutkijat paljastavat meritieteellisiä periaatteita ja tekniikoita paljastaakseen tärkeitä geologisia tapahtumia, jotka ovat tapahtuneet miljoonia vuosia sitten, sekä ennustamaan todennäköisiä tapahtumia tulevaisuudessa.
Rakenteen osalta geologiset meritutkijat tutkivat maan litosfäärilevyjen liikkeen vaikutuksia, mikä johtaa sedimenttikerrostumiin ja valtameren pohjan muodostumiseen tai tuhoutumiseen. Yksi huomattava keskittymisalue, johon nämä prosessit vaikuttavat, on mannerjalusta. Tämä on maa -alue meren alla aivan rannan tuntumassa ja ulottuu siihen pisteeseen, jossa hylly viisto ja laskeutuu merenpohjan syvälle tasangolle, jonka syvyys vaihtelee ympäri maailmaa. Mittaamalla hyllyn syvyyttä tietyissä paikoissa tiedemiehet voivat ennustaa veden liikkeen kuvion rannikkorantaa pitkin sekä aaltojen korkeuden, joiden voidaan olettaa käynnistävän meren ja lopulta saavuttavan maan. Mannerjalustan vaihtelujen tutkiminen antaa myös vihjeitä, joiden avulla voidaan arvioida merenpinnan vaihteluja eri maantieteellisillä alueilla sekä trooppisten myrskyjen vaikutuksia.
Geologisen valtamerentutkimuksen tieteen alaan kuuluu lukuisia toissijaisia tieteenaloja. Esimerkiksi paleoklimatologia on syvänmeren pohjojen tutkimus ilmastonmuutoksen aikajanan luomiseksi, koska se liittyy maapallon muotoiluun ja muotoiluun sekä entisten ja nykyisten elävien organismien terveyteen ja biologiseen monimuotoisuuteen. Levytektoniikka on tutkimus maan tektonisista levyistä, jotka sijaitsevat planeetan litosfäärissä ja jotka laukaisevat muuttamaan, koska lämpöä syntyy maankuoren alla olevasta ylävaipasta eli astenosfääristä. Monet geologisen oceanografian osa-alueet tuottavat vielä erikoistuneempia tutkimusalueita. Esimerkiksi maanjäristyksen tutkimiseen omistettu seismologia on levytektoniikan alaluokka.
Geologiset merentutkijat käyttävät työssään monenlaisia työkaluja ja laitteita. Esimerkiksi satelliittikuvien lisäksi tutkijat käyttävät erittäin kehittyneitä välineitä merenpohjan kartoittamiseen, kuten korkean resoluution karhon syvyysmittausjärjestelmiä sekä sivulta skannaavia kaikuluotaimia ja akustisia profilointilaitteita. Monet tiedemiehet osallistuvat myös syvänmeren etsintäohjelmiin, kuten Ocean Drilling Program (ODP), kansainvälinen projekti, jota rahoittavat ja toteuttavat Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö ja 22 maailmanlaajuista kumppania, jotka muodostavat syvän maan näytteenoton yhteiset merentutkimuslaitokset (JOIDES) ).