Um die Meere vor Ort zu erkunden, sind Forschungsschiffe unentbehrlich. Die auf Expeditionen in allen Weltmeeren gewonnenen Erkenntnisse­ tragen dazu bei, die biologischen, physikalischen, geologischen und chemischen Prozesse im Meer besser zu verstehen, Strategien gegen die Folgen des Klima­wandels zu ent­wickeln, die Ozeane wirtschaftlich effektiver und umweltschonender zu nutzen sowie vom Meer ausgehende Gefahren besser vorherzusagen. Das GEOMAR betreut und koordiniert drei Schiffe: das Forschungsschiff ALKOR, den Forschungskutter LITTORINA und die Forschungsbarkasse POLARFUCHS.

Zur Erfassung der Prozesse im Ozean werden von Forschungsschiffen aus ferngesteuerte Unter­wasserfahrzeuge, autonome Tiefseedrohnen, bemannte Tauchboote oder am Meeresboden verankerte Systeme zur Langzeit­erfassung chemischer und ­physikalischer Daten eingesetzt. Das GEOMAR verfügt über eine leistungsfähige Infrastruktur von Unterwasserfahrzeugen. Dazu zählen zwei ferngesteuerte Unterwasserroboter (ROV KIEL 6000 und ROV PHOCA) sowie verschiedene autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs). Hinzu kommt eine Vielzahl innovativer schiffsgebundener und autonomer Beobachtungssysteme sowie Meß- und Experimentierplattformen aus den einzelnen Forschungsbereichen des GEOMAR. Hierzu gehören die Kieler Off-Shore Mesocosms for Ocean Simulations (KOSMOS), ozeanographische Verankerungen, eine der größten Gleiterflotten Europas, Tiefseeobservatorien (Lander) sowie die Vermessungs- und Beobachtungsinstrumente der Marinen Geodynamik.