Nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có độ mặn nằm trong khoảng từ 3,1% tới 3,8%. Khi sự pha trộn với nước ngọt đổ ra từ các con sông hay gần các sông băng đang tan chảy thì nước biển nhạt hơn một cách đáng kể. Nước biển nhạt nhất có tại vịnh Phần Lan, một phần của biển Baltic. Biển hở mặn nhất (nồng độ muối cao nhất) là biển Đỏ (Hồng Hải), do nhiệt độ cao và sự tuần hoàn bị hạn chế đã tạo ra tỷ lệ bốc hơi cao của nước bề mặt cũng như có rất ít nước ngọt từ các cửa sông đổ vào và lượng giáng thủy nhỏ. Độ mặn cao nhất của nước biển trong các biển cô lập (biển kín) như biển Chết cao hơn một cách đáng kể.

Tỷ trọng của nước biển nằm trong khoảng 1.020 tới 1.030 kg/m³ tại bề mặt còn sâu trong lòng đại dương, dưới áp suất cao, nước biển có thể đạt tỷ trọng riêng tới 1.050 kg/m³hay cao hơn. Như thế nước biển nặng hơn nước ngọt (nước ngọt tinh khiết đạt tỷ trọng riêng tối đa là 1.000 g/ml ở nhiệt độ 4 °C) do trọng lượng bổ sung của các muối và hiện tượng điện giảo[2]. Điểm đóng băng của nước biển giảm xuống khi độ mặn tăng lên và nó là khoảng -2 °C (28,4 °F) ở nồng độ 35‰[3]. Do đệm hóa học, độ pH của nước biển bị giới hạn trong khoảng 7,5 tới 8,4. Vận tốc âm thanh trong nước biển là khoảng 1.500 m•s−1 và dao động theo nhiệt độ của nước cùng áp suất.