海洋温度变化与海水物理化学特性，生物繁衍生息，工农业生产以及军事活动，气候变化及水文气象特征等密切相关。因此要及时进行海水测量。
最早测量海洋表层水温的方法是将普通温度计直接插入海水中测量。直到1772年米勒等人改造成功的最高最低温度计才广泛应用。1900年南森等人在乔治艾梅的颠倒流出型温度计的基础上制造出了至今还广泛应用的颠倒温度表。颠倒温度表是专门用于测量表层以下各层水文温的特殊玻璃水银温度表，它经常与颠倒采水器配合使用。颠倒温度表有组装在厚玻璃套管内的主温度表和辅温度表组成，主温度表是闭端防压形带盲枝的水银温度表，测量感温时温度表贮水银泡向下，盲枝交叉点以上的水银柱高度取决于现场水温。测量完温度后，将温度表颠倒，水银柱便在盲枝交叉处断开，从而保留了现场温度值。辅表为一端开口的开端受压型普通型温度表，用以定正因环境温度变化而引起的主温度表的读数变化。
颠倒温度表虽然精度较高，但只能测量特定深度的水温。为此，斯皮尔豪斯1938年发明了深度温度计，这种温度计先后装配在各种船舶上，并同声呐配合使用测量水温。例如，在潜艇上使用这种温度计，可以测量出以往只靠声纳测不到的水温跃层，同时这种跃层潜艇可以隐蔽起来而不被发现。深度温度计是连续记录并测量海水温度随深度变化的仪器，包括机械式，电子式和抛弃式三种类型。其中抛弃式深温计是水下探头为一次性使用的电子式深温计，它分船用，浮标用和飞机用三种。
目前，海洋表层水温测量是用表面水银温度计或红外线测量仪；对深层水温采用颠倒温度表，海水深度温度计，水温分布连续测量仪以及自动记录海水温度，盐度和深度的综合测量系统等。其中水温分布连续测定装置又称测温链，是用来测量海水中某一断面水温分布的仪器。
