Tout d'abord, il faut savoir que ce n'est pas le reflet du ciel qui rend la mer bleue : en effet, les plans d'eau souterrains montrent la même couleur. De plus, en profondeur, là où la lumière du jour ne pénètre pas, l'eau apparaît encore bleue a une lampe.

En fait, ce sont les molécules d'eau les responsables. La lumière blanche, qui vient du Soleil, est constituée en réalité d'ondes de longueurs différentes représentant toutes les couleurs du spectre lumineux.
Les molécules d'eau absorbent une partie précise de cette lumière : les longueurs d'ondes correspondant aux couleurs rouge et jaune. Or, quand on soustrait ces composantes à la lumière incidente, il reste essentiellement…du bleu. Voilà pourquoi les molécules d'eau renvoient une lumière appauvrie en rouge et jaune, et riche en bleu.

Plus le nombre de molécules ''absorbantes'' est grand, plus cette couleur est marquée. Ainsi, dans une fine épaisseur, comme un verre d'eau, l'eau est transparente. Mais en plein milieu de l'océan, là où la profondeur est importante, l'eau apparaît bleue marine et opaque.
L'océan apparaît également indigo dans les mers tropicales et équatoriales, lorsqu'il y a peu de production biologique. En revanche, dans les régions où la productivité biologique est importante, la chlorophylle contenue dans le phytoplancton absorbe la composante bleue et la lumière se décale vers le vert. Cela explique que les eaux côtières soient en général verdâtres.