표면관측에 대해 바다 속의 각층의 해양요소(수온, 염분 기타의 화학성분, 플랑크톤 등)의 관측. 다층관측(多層觀測)이라고도 한다. 각층관측에서는 관측선을 정지시키고 권양기(捲揚機)를 사용하여 측온 · 채수(採水)한다. 국제 해양물리 협회에서 정한 표준관측층(m)은 0, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, (250), 300, 400, 500, 600, (700), 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 다음은 밑바닥까지 1000m 간격으로 되어 있다.