Het NIOZ is een fundamenteel onderzoeksinstituut. Dat betekent dat we in beginsel willen weten hoe de zee functioneert. En met de zee bedoelen we dan de open oceaan, de kustzeeën, de getijdegebieden, estuaria en de overgangen naar het land. We willen weten welke processen er spelen, hoe deze processen worden aangestuurd en hoe het samenspel van deze processen resulteert in de fysische, chemische, biologische en geologische samenstelling van de zee, nu en in het geologisch verleden. Door deze processen op juiste wijze te beschrijven in wiskundige modellen, kunnen we inzichtelijk maken hoe veranderingen zich voltrekken, natuurlijk danwel als gevolg van menselijk handelen. Als onze modellen in staat blijken om de actuele situatie goed weer te geven, dan kunnen we ook met enige betrouwbaarheid terug- en vooruitkijken.
Daarnaast voeren we strategisch onderzoek uit, gericht op het (vroegtijdig) signaleren van veranderingen in het mariene milieu. Dit onderzoek schept kaders voor het fundamentele onderzoek en vormt samen met de fundamentele kennis de wetenschappelijke basis voor het ontwikkelen en bijstellen van nationaal en internationaal beleid voor het mariene milieu.
Ook in samenwerkingsverbanden met het bedrijfsleven en overheden worden beide lijnen van onderzoek gevolgd. Deze samenwerking concentreert zich vooral rond de NIOZ-kennishaven.
De vier basisdisciplines van de oceanografie bij het NIOZ zijn de natuurkunde, scheikunde, biologie en geologie. Multidisciplinair zeeonderzoek is één van de sterke kanten van het NIOZ. Het onderzoek is daarom georganiseerd rondom 5 multi-disciplinaire thema’s, uitgevoerd door vijf wetenschappelijke afdelingen op Texel en vier wetenschappelijke werkgroepen in Yerseke. Deze afdelingen werken samen binnen een aantal multi-disciplinaire thema's die omschreven worden in het NIOZ wetenschapsplan 2008-2012.