Το θαλασσινό νερό είναι ως επί το πλείστον (~96.5%) νερό, αλλά περιέχει σημαντικές ποσότητες διαλυμένων αλάτων (~3.5%), τα οποία είναι κυρίως, αλλά όχι όλα, χλωριούχο νάτριο, το οποίο είναι πανομοιότυπο με το επιτραπέζιο αλάτι. Οι μοναδικές χημικές ιδιότητες του θαλασσινού νερού σημαίνουν ότι είναι ένα δραστικά διαφορετικό περιβάλλον διαβίωσης από το γλυκό νερό και πολλά ζώα που ζουν σε αυτό δεν έχουν ποτέ προσαρμοστεί να ζουν σε γλυκό νερό. Είδη προσαρμοσμένα στο γλυκό νερό, όπως τα ψάρια σε λίμνες στην Αφρική, που είναι κλειστές στη θάλασσα, δεν μπορούν να επιβιώσουν σε αλμυρό νερό. Το θαλασσινό νερό είναι περίπου 2.5% πιο πυκνό από το γλυκό νερό.
Εκτός από τα άλατα χλωριούχου ασβεστίου, το θαλασσινό νερό περιέχει επίσης θειικά άλατα (7.7% των διαλυμένων αλάτων), μαγνήσιο (3.7%), ασβέστιο (1.2%), κάλιο (1.1%) και δευτερεύοντα συστατικά (0.7%), συμπεριλαμβανομένων ιχνοστοιχείων ανόργανου άνθρακα (0.2%), βρωμίδιο (0.08%), ουράνιο (0.00000001%) και χρυσός (παρόμοια ποσότητα). Έχουν προταθεί διάφορα σχέδια για την εξαγωγή ουρανίου ή χρυσού από αυτό το νερό, αλλά κανένα από τα δύο δεν έχει αποδειχθεί οικονομικά βιώσιμο. Ο Fritz Haber, ο Γερμανός επιστήμονας γνωστός για την εφεύρεση του της διαδικασίας Haber και του δηλητηριώδους αερίου Zyklon, πέρασε τα τελευταία χρόνια της ζωής του προσπαθώντας να βρει έναν αποτελεσματικό τρόπο εξόρυξης μεγάλων ποσοτήτων χρυσού από το θαλασσινό νερό, ώστε η Γερμανία να μπορέσει να αποπληρώσει τον πόλεμο της χρέη. Φυσικά, αυτή η προσπάθεια απέτυχε.
Η προέλευση των αλάτων στο θαλασσινό νερό είναι τόσο η γη όσο και τα άλατα που υπήρχαν στην επιφάνεια της Γης όταν σχηματίστηκαν για πρώτη φορά οι ωκεανοί, κάτι που θα μπορούσε να ήταν μόλις 100 εκατομμύρια χρόνια μετά το σχηματισμό της Γης. Η θεωρία ότι τα άλατα προέρχονται από την απορροή του βρόχινου νερού προήλθε από τον Sir Edmund Halley το 1715. Συγκεκριμένα, το νάτριο στο χλωριούχο νάτριο των ωκεανών προέρχεται κυρίως από τη στιγμή που σχηματίστηκαν οι ωκεανοί και το χλώριο προέρχεται από ηφαιστειακή εκτόξευση αερίων στους πυθμένες των ωκεανών.
Είναι γνωστό ότι το θαλασσινό νερό είναι επικίνδυνο για ανθρώπινη κατανάλωση. Επειδή περιέχει 3.5% αλάτι και το ανθρώπινο σώμα διατηρεί αυστηρά το χλωριούχο νάτριο στο 0.9% του αίματος κατά βάρος, τα νεφρά πρέπει να ξοδεύουν επιπλέον νερό για να διαλύσουν τα πλεονάζοντα άλατα. Σύμφωνα με ιστορικά δεδομένα ταξιδιών με σωσίβια σχεδία, η πιθανότητα θανάτου για όσους πίνουν θαλασσινό νερό είναι περίπου 39%, ενώ η πιθανότητα θανάτου για όσους δεν πίνουν είναι μόνο 3%. Όταν χάνεται στη θάλασσα, οι επιστήμονες προτείνουν να το πίνετε αναμεμειγμένο με γλυκό νερό, σε αναλογία 1:2, αυξάνοντας σιγά σιγά καθώς τελειώνει το γλυκό νερό. Αυτό είναι πιο ήπιο από τον μεταβολικό αντίκτυπο της μετάβασης από φρέσκο σε καθαρό αλμυρό νερό και αυξάνει την πιθανότητα επιβίωσης.