Keemiline okeanograaf uurib üldiselt soolase vee ookeani ja selle merepõhja keemiat. See hõlmab sageli tööd erinevat tüüpi reostuse või üldist ookeanikeskkonda mõjutavate väliste stiimulite tagajärgedega. Keemilisi okeanograafe nimetatakse sageli ka merekeemikuteks ja nende töö hõlmab keemilise analüüsi lähenemisviisi toomist merebioloogia laiemasse teadusesse.
Paljudel juhtudel pannakse tänapäeva keemilised okeanograafid ülesandeks uurida, kuidas erinevad nähtused mõjutavad ookeani keemilist koostist. Paljud neist on väga negatiivsed juhtumid, näiteks naftareostused. Keemiline okeanograaf võib veeta suurema osa oma ajast, et üksikasjalikult kirjeldada erinevaid viise, kuidas sellised sündmused nagu naftareostus mõjutavad ookeani ökosüsteemi, jällegi väga keeruliste uuringute või rangete andmekogumismeetodite abil. See tähendab, et keemiline okeanograaf peaks teadma, kuidas kasutada ametlike uuringute jaoks spetsiifilisi statistilisi modelleerimisvahendeid ja muid ressursse.
Lisaks naftareostustele ja muudele sarnastele katastroofidele uurivad paljud keemilised okeanograafid reostuse aeglasemaid mõjusid, mis ei ole seotud ühe sündmusega. Hea näide sellest on plasti kogunemine ookeanidesse. Keemiliste okeanograafide ja merebioloogide üks suuremaid panuseid tänapäeva teadusmaailma on uurimine, kuidas ookeanidesse koguneb tohutul hulgal väikeseid plastesemeid ja mis juhtub nendega pärast nende avamere tõmbamist.
Teine suur osa keemilise okeanograafi tööst tegeleb sageli kliimamuutuste või, nagu mõned seda nimetavad, globaalse soojenemise probleemiga. Sõltumata sellest, kas okeanograaf on seotud poliitilise aruteluga selle üle, kas kliimamuutused on inimese põhjustatud, pakub merekeemik teadlasena sageli üksikasjalikke uuringuid selle kohta, kuidas keskkond muutub ja kuidas see mõjutab ookeani ökosüsteemi erinevaid osi. Suur osa nendest uuringutest võib mõjutada tulevast avalikku haldust ning keemilised okeanograafid aitavad oma ametlike metoodikatega tagada, et uuringute tulemused on täpsed ja realistlikud.
Kuigi märkimisväärne osa keemilise okeanograafi tööst hõlmab lauapõhiseid uuringuid, võivad mõned neist töökohtadest nõuda ka palju aega aktiivsele väliuuringutele, sealhulgas proovide kogumisele. Enamik keemilisi okeanograafe peaks olema valmis isendite otsimiseks sukelduma. Samuti peavad nad teadma, kuidas proove kogumise ajal ja pärast seda käsitleda. Kõik see muudab need spetsialistid merebioloogiaprojekti jaoks väärtuslikuks.