毫无疑问，海洋中最为繁盛的浮游动物是桡足类。它们在数量上的庞大和种类上的繁多使之成为“海洋中的昆虫类”。因为桡足类以海洋中大片的浮游植物为食，也许称它们为海洋中的牛群或海洋牲畜比较合适。在海洋生态系统中，桡足类起着举足轻重的作用，连接着海洋植物和更高层的肉食动物。尽管桡足类的意义非凡，它们的个体却很小，通常只有几毫米长。大多数桡足类生活在水体中，尽管也有一些生活在海底，还有一些寄生在其他生物体内。与其他的甲壳动物一样，桡足类也具有一个坚硬的由几丁质组成的外壳，一个分节的身体和数不清的节肢。它们借助附肢及两条长长的触角在水中做停停走走的下沉一上游运动。桡足类是很能干且挑剔的捕食者。一组经过调整的附肢每分钟能摆动达2000次，使水流循环流过附肢体从而形成一个高效的过滤系统。桡足类主要以浮游植物和水中其他漂浮的颗粒物为食。它们的排泄物呈小球状，一粒粒地黏结在一起，在海洋营养物质的循环和颗粒物的沉积中都有重要作用。许多海洋动物把桡足类的粪便视为美味；有些人认为悬挂在深海琵琶鱼头顶的诱惑物其诱惑主要是因为它看起来像桡足类诱人的粪便颗粒。这使得那句“你今天看起来像粪便”的话有了全新的含义。
另一种浮游甲壳动物是南极磷虾。它们看起来很像桡足类，但体长较之要短，具有宽松的甲壳而且个体较大，能达到1～5厘米长。磷虾在高纬度的冷水区尤其丰富，是海洋中最具魅力的大型动物——鲸鱼最爱吃的食物。
有人曾提出另一种浮游动物，片脚类动物，是科幻片“外星人”中丑陋可怕的动物的原型。一些片脚类动物长的很像虾，而有的样子却很奇特，很是怪诞。一大堆的细长的有关节的节肢，有爪子，特大的脑袋和突出的珠子似的复眼，这一切使这种海底甲壳动物成为一种吓人的动物，但幸运的是威胁性不大。片脚类动物吃海里的颗粒物或小的浮游动物。一些非常丑陋的家伙往往营寄生生活，捕食其他的例如樽海鞘之类的动物，樽海鞘是一种简单的、透明的、水桶状的胶体动物。雌的片脚类会杀死樽海鞘，吞噬掉它的内脏，并将其外边的部分留做它的育卵床——真是一种狡猾的策略。
毛鄂动物，通常称作箭虫，也经常是海洋浮游动物大军中的一员。它们身体透明，体长从几毫米到几厘米不等，而且具有用来游泳的鳍。尽管箭虫没有眼睛，它们却是极具进攻性的捕食者，以纤毛来感受水的运动，以口周围可动的刚毛来捕捉猎物。如果箭虫再大一些的话，它将毫无疑问地给在海中生活的或偶尔光顾海洋的所有生物带来危险。幸运的是，许多海洋中最凶猛的动物都非常小，以至人的肉眼难以看到。对我们来说，海洋是一个相对仁慈的经常是很宁静的地方，但对大多数海洋中的动物来说却是一个危机四伏的世界。
昼夜垂直移动
每一天的黄昏，海洋中都发生大规模的垂直迁移。当光线渐弱时，生活在相对深处的浮游动物和小鱼迁移到浅水层。当这些动物升向海表面时，它们所经过的距离是自身体长的50000倍；对人类来说，这意味每天行走50公里！
对于昼夜垂直移动的存在，最早的线索来自于当人们开始用声学的方法来探测海洋深度，猎取海底动物以及寻找鱼群的时候，回音探测器或音响测深仪的声波反映出一个神秘的移动水层的存在，是一个介于洋底与海表面之间的假底层。这个奇怪的“假底层”白天位于水下300～500米深处，而夜晚则位于不到100米深处。这个水层在世界各地的海洋都有发现，被称作“深海散射层”（DSL）。
起初，人们认为引起DSL现象的原因是浮游生物群或大的乌贼和鱼群。以后人们又怀疑是由于那些具有充满气体的浮子的生物引起的，例如管水母和有鱼鳔的鱼。充气的浮子和鱼鳔都被认为能很有效的散射回声探测仪发出的声波。鱼鳔是许多硬骨鱼用来控制浮力的器官，它位于鱼体的前半部分以防止鱼体意外的翻筋斗。这个器官由一个能向鱼鳔内分泌或吸收气体的特殊腺体控制。如果一条深海中的鱼被很快的带到海表面，通常它的腺体不能很快调节，因而鱼鳔将过度膨胀。水下观察和网捕表明组成DSL的生物有很多种。到目前为止，几乎没发现乌贼，但已证实有相当数量的虾和磷虾存在。组成。DSL的生物似乎聚成不同的层，不同的层以不同的种互相隔离开。大概声波散射密集层中——和海洋中一一最多的生物是小灯笼鱼（myctophids）。
灯笼鱼的大小从5厘米到15厘米不等；它们的身体通常呈黑色或银色，而且相对来说有较大的头和眼睛。它们的名字来源于分布于它们体侧的一行行一块块的发光器。发光器是变异的小黏液腺，能产生闪烁的蓝光。发光器有时数量达到50一80个，分布于鱼的头部、腹部和体侧，它们的排列方式是区分不同种的标志。灯笼鱼中有的种能在整个海洋领域内游动，而有一些只能停留在一定的温度范围和特殊密度的水层内。观察家们曾在一定深度的水层内观察到大群的灯笼鱼，它们发出显著的闪耀的蓝色生物光。当太阳快落山时，灯笼鱼向海表面迁移；当太阳升起时，灯笼鱼和深海散射层内的其他生物一起再次迁移到海洋的更深、更黑处。
至今，人们对这种每天发生的垂直移动现象的原因也不清楚，但提出了几种解释。在整个海洋中，绝大部分食物分布在海表面或接近海表面处，尤其是可口的富含有机物的浮游生物。但在白天，当太阳光很强，温度很高时，因为很容易被捕食者发现，海表面对动物来说是一个不宜久留的很危险的地方。为了吃到海表面的丰富的食物，同时避免被捕食，深海散射层的生物白天待在黑暗的深水中，而借着夜幕，晚上偷偷浮到海表面捕食。大多数的鱼类和浮游动物都是冷血的，因此，周围海水的温度调控着它们的体温和代谢。晚上，当表层水温相对较冷的时候，生物群向上迁移以更高效的补充能量。换句话说，当它们捕食时，消耗了更少的能量。
深海散射层的垂直迁移现象能通过改变光线强度而加以改变。在漆黑的夜晚，当月光很微弱或天空多云时，垂直迁移现象很显著，相反，当满月或天空很晴朗时，垂直迁移很微弱或消失。海洋中大规模的垂直迁移在热带地区最为显著，而在两极几乎不存在。这是因为热带地区的极大的温差和光照梯度，而在两极，温度随深度的变化极小，光线日变化也很小。
生物发光现象
在夜晚，沿着海的边缘，海洋有时像在发光，就像从里面被点燃一样。晚上航行的船只船尾的充满泡沫的轨迹也能闪闪发光。一条闪亮的轨迹有时表明了海豚和海狮在夜晚的姿态。这些观察不只是传说和神话的素材，也是生物发光的结果；许多浮游动物都具有生物发光的现象。生物发光是冷光通过生物学过程而产生的，而不是像磷光和荧光那样，是把起先从外界吸收的光再次散发出去。
现已知道许多海洋生物，包括鱿鱼、鞭毛虫、细菌、蠕虫、甲壳动物和鱼都能发光，海洋生物发光的机制与普通的萤火虫相似，也类似于夜晚十分常见的能使塑料的发光小棍产生绿光的机制。当这种小棍弯曲的时候，两种化学物质的混合、反应产生第三种能发光的物质。生物发光所采用的机制本质上都是一样的：它们都有一种叫做虫荧光素的物质，当荧光素酶存在时，这种物质能与氧气反应。当反应结束时，一种新的能发光的分子形成了——在水下世界里这种光为闪烁的蓝绿光。这种生物学上的化学反应发生在生物体内特殊的发光细胞——光细胞内或特殊的发光器官——发光器内。有些生物的发光器是简单的杯状腺体，而有些则具有更为复杂的结构，如可用来聚焦的透镜，一个滤色镜，或一个可调节的阀办——一种类似于开关的结构。也许鱿鱼的发光系统是这些发光系统中最为复杂的一个。一些鱿鱼的外皮内既具有发光器又具有色素胞（用来改变色彩的器官），因而它们既能控制所产生的光的强度又能控制所产生的色彩。最近的研究表明，在一些鱼类和鱿鱼中，在其发光器官内共生的细菌能发光。
生物发光的机制和原因尚不清楚，但在这片水下王国里，生物发光却以独特、有趣的方式被利用着。生物发光最常见的形式是产生微小火花，它能使移动的物体产生彗星般的轨迹。这几乎都是鞭毛虫因水流运动而发生反应的结果。这段相对短的、几乎是一瞬间的发光能使可能的捕食者震惊，分散注意力，甚至受到惊吓。从大洋深处带上来的收集网从很远处看经常发出绿色的光，渐渐的这些来自网内生物（大多是胶体动物）的绿色光团的光强慢慢减弱。这种类型的光能用来吓晕猎物，使之失去方向感，或是诱惑猎物。就像被汽车的车头灯吓的惊惶失措的小鹿一样，生活于黑暗中的海下生物也可能被瞬间闪过的生物光弄得一时难以辨别方向。海洋中另一种能发光的生物是一种称为sapphrinail－is的小型桡足生物。这种生物在水中产生短促的十分鲜艳的天蓝色的闪光。但它们在显微镜下的样子更为壮观：这种活的桡足生物看上去就像是由手工精心制作的，一条条五彩缤纷的染色玻璃构成的。在深海中，有些鱼类的口旁还悬挂有发光物或具有一块发光的皮肤。用来引逗不期而遇的猎物。
有些海洋生物既有感光器官又有发光器官。这些生物被认为是把生物发光作为一种互相交流和识别合适的配偶的一种方式。灯笼鱼的发光器官的形态是区分种与种间的标志。在其他的鱼类中，生物发光能帮助区分雌雄。鱿鱼用光来作为一种伪装。借助于它身体下面的发光器所产生的光，鱿鱼能使自己与上面的光融合在一起，从而使其对于下面的捕食者来说几乎是不可见的。已知鱿鱼和其他的一些胶体浮游动物，能释放发光云团和一股股的有机物，也许是作为一种帮助逃脱的伎俩。最终，因为许多透明的深海生物所吃的都是发光的生物，它们都有红色的或黑色的肚子来掩藏它们摄取的、由具有生物发光性的生物所组成的、具有潜在发光性的猎物。假如没有这个黑内障的肚子，它们的消化器官就会像霓虹灯一样闪烁，似乎在说：“吃我吧，吃我吧！”
游泳动物
能逆海流而主动游泳的生物叫做自游生物，它们是海中真正的游泳者。它们能有力地与海流作战，控制它们的垂直位置，在许多情况下，进行长途的迁移。自由生物中最值得一提的是鱼、鱿鱼、海洋哺乳动物，以及海龟。一些虾类以及能够潜水的海鸟也被认为是海洋中的游泳健将。
海洋中的游泳者占据了三种差别很大的海洋环境：浅海区、中层海区以及深层海区。在每一个水层中，环境条件往往决定了其中的栖息者的行为和形态。浅海区从海表面一直延伸到水下大约200米深处。这里有充足的光线，水体温暖，食物充足，而且潜在的环境是多样的。再往海洋深处，在中层海区和深层海区，从表面到达的光很微弱，食物也极其有限，相对寒冷的环境条件也比较单一，这里的许多栖息者游到上层去捕食。在海洋最深处，大约1000米，这里漆黑一片，环境条件大多没有变化，而且除非在罕见的情况下和在深海出口，食物也极少。
浅海区
浅海区浮游生物的数量是最多的，但毫无疑问，这个区域是被自游动物所统治的。丰富的食物使自游动物获得充足的能量供给用于游泳的肌肉，而温暖的水温又使之能保持较高的代谢速率。这个水层充足的光线使视觉好的捕食者能直接靠眼睛捕食。然而，充足的光线、缺少藏身之处，以及大量捕食者的存在又使得浅层区成为一个极其危险的地方，许许多多的生活在这个水层或在此水层捕食的鱼类在进化过程中形成了设计独特的“伪装衣”——一种被称作反荫蔽的着色方法。金枪鱼、卫矛（wahoo）、海豚和许多在这个领域生活的鱼类背部都是黑色的，腹部颜色浅，有时侧面是银色的。捕食者从上面看下来，可能看不见黑背的和下面的阴影交织在一起的鱼体；而下面的捕食者逆着光线看上去，也可能忽视了浅色的鱼腹；而从侧面看时，灰色的鱼鳞折射太阳光也使目标变的不明显。
金枪鱼和其他的自由游泳的鱼类还有一个广为人知的习性是喜欢聚集在海中的漂浮物周围。这种行为尚没有明确的解释；但是，既然在外海中缺少藏身之处，鱼类也许利用这些漂浮物来暂时躲开捕食者时刻“监视”着的眼睛。有些鱼类例如马尾藻鱼，它的形态和颜色使它们和周围的环境很难区分开。在浑浊的沿海区，鱼体颜色倾向于黄褐色而和背景的颜色融合。生活在清水区的珊瑚礁中的鱼类色彩丰富，或与周围环境协调，或用以发出警告信号，或是用来欺骗捕食者。但是鱼类对颜色的感觉和我们一样吗？它们也许是利用视觉来分辨光线的强度和对比度的变化而不是实际的颜色。如果让我们设计海洋世界中最佳的生命形式，它的样子看上去一定与高贵的、蓝鳍的金枪鱼一模一样。
鲨鱼经常被称为吃人的机器，但浅水区的开放水域王国中真正的王者却是金枪鱼。尽管金枪鱼具有和浅海区许多其他的鱼类相同的特征，自然却赋予了它近乎完美的包括肌肉、鳍、鱼鳞在内的流线型的游泳系统。金枪鱼是具有令人难以置信的多样性的硬骨鱼类中的一员。与软骨鱼类中的鲨鱼和鳐不同，硬骨鱼具有鱼鳞，有能覆盖鳃的鳃盖，鱼鳍和鱼尾还有可移动的鳍条。正如它们的名字所揭示的那样，硬骨鱼都具有用以支撑的骨架。它们大多都有牙齿，而几乎所有都具有以鳍条加固的成对的鳍。鳍条或是很软，有节的，或是很坚硬但能与身体折成平行以获得更好的流线型效果的。金枪鱼以及其他的快速游泳的鱼类这种流线型的设计比一般的硬骨鱼得到了更好的体现——它们的鳍能折于身体上特殊的沟内，以提高流体动力效率。
利用这种特殊构造的鳍，以及它的其他的用来提高游速的特征，金枪鱼的游泳速度是惊人的，可达到每小时45公里。
