Thú biển hay động vật có vú biển là các loài thú (động vật có vú) sống dựa vào đại dương và các hệ sinh thái biển khác để tồn tại, chúng là các loài thú có sống phụ thuộc vào môi trường biển. Chúng bao gồm các động vật như hải cẩu, cá voi, bò biển, lợn biển, rái cá biển và gấu Bắc Cực. Chúng không đại diện cho một nhóm phân loại hoặc phân nhóm có hệ thống, nhưng có quan hệ đa dạng do sự tiến hóa hội tụ, và chúng không hề có tổ tiên chung. Chúng cũng được thống nhất bởi sự phụ thuộc vào môi trường biển để cung cấp nguồn thức ăn hay chỗ trú ẩn của chúng.