1519年，葡萄牙著名航海家麦哲伦，进行了一次绕世界环行一周的海洋探险。他说服了西班牙国王同意他率领5艘帆船、265人，于1519年9月20日从圣罗克出发，开始了环绦地球的航行。
麦哲伦的探险船队穿过大西洋，沿美洲巴西海岸南下，1520年1月到达南美拉普拉塔河口，10月底到达南美洲最南；端的海峡，这个海峡后来被称为麦哲伦海峡。过海峡后，船队向北航行，进入被他们称之为“太平洋”的广阔海域。麦哲伦测量了太平洋的水深，最深处是3700米。虽然这个深度打破了当时流传的大洋深度不超过200—300米的说法，但和实际海洋最深点还相差很远。
在太平洋上，他们到达了关岛和菲律宾群岛。麦哲伦在菲律宾群岛的马克坦岛上登陆时，在一次与当地土著人的战斗中丧生。这时探险船队只剩下了维多利亚号。它通过马六甲海峡，进入印度洋，绕过好望角，于1522年9月7日返回原港。航行3年，完成了绕地球一周的创举。付出的代价是：5艘船和265人的船队，只剩下1艘船和18个人。
麦哲伦船队的环球航行，证实了地球的确是个球形，人们形象地把它叫做“地球”，陆地和海洋就分布在地球的表面。这样，“地圆说”才得到举世一致的公认。
1769－1779年的10年间，英国人库克进行了3次远航，每次航行都进行了一些海洋学方面的调查工作。
1872年12月至1876年5月，一艘2300吨的英国海洋调查船“挑战者”号在太平洋、大西洋和南极冰障附近进行了历时3年半的海洋考察，航程126000公里。
这次考察测量了世界一些海区的地磁情况和海洋深度；首次使用颠倒温度表测量了海洋深层水温的季节变化；在312个点上进行了生物标本的采集，并且得出海洋中盐分组成在全世界海域都具有恒定性的重要结论，从而奠定了现今海洋物理学，海洋化学和海洋地质学的基础，对海洋学的发展起了十分重要的作用。调查结果整理了26年，出版了50卷的巨著。
