海洋初级生产力是海洋碳循环的关键过程，是海洋生态系统的基石，它经由上层食物网周转后往深海传输的生物泵，不仅是重要的碳汇，也是深海底栖生态系统的食物来源。因此，厘清海洋初级生产力与气候变化的关联，对理解海洋应对气候变化的响应至关重要。
尽管人为的二氧化碳增加可能刺激海洋初级生产力，然而研究发现，随着海洋的增温及海水层化的加剧，某些海域的垂直混合减弱会使得深层营养盐向浅层海洋的供应减少，可能会造成上层海洋初级生产力下降，当暖化与酸化效应叠加时，情况可能会变得更为复杂。对632个已发表的实验结果进行荟萃分析，研究人员发现温带非钙质浮游植物的初级生产力随着温度和二氧化碳的增加而增加，而热带浮游植物由于酸化而降低了生产力，暖化也会导致浮游植物个体变小，不利于生物泵碳汇的输出。
为了更全面评估海洋生产力变化，目前科学家采用卫星遥感将海水颜色与浮游植物生物量进行关联，合并了多个卫星在2002—2015年期间观测的结果，其显示高纬度区域的净生产力有所提高而低纬度区域有所下降。
气候变化对海洋显著影响之一是对珊瑚、海草、红树林、盐沼和海冰等物种形成的栖息地的影响。虽然一些常住物种可能对这些栖息地没有严格要求，但对于部分物种来说，如果栖息地被移走，它们就会消失。例如温度升高导致珊瑚大规模白化和死亡，已经降低了生活在珊瑚礁上的鱼类和其他生物的丰富度和密度。
近岸的被子植物如红树林、海草和盐沼群落，也面临着来自海水面上升、极端气候事件不断升级的威胁。全球湿地面积相对于工业化前下降了近50%，除了人为砍伐外，海水面上升也是红树林消退的主要原因之一。海水面抬升还会导致红树林后撤，从而侵占近岸盐沼地区，对盐沼的生态系统造成冲击。受暖化的影响，海草床在低纬度地区的分布也在收缩。
暖化导致的海冰消融也是极区生态系统多样性面临的重大威胁之一，春季融冰在决定浮游植物勃发的时间上起着重要作用，并因此影响极地海洋食物网的变化。作为一个临时或永久的平台，海冰对各种鸟类和哺乳动物的捕食、繁殖或迁徙活动也起着至关重要的作用。然而模型预计，到2100年极区海冰可能减少70%，这对依赖海冰的企鹅、海豹等南极生物的生存是一种严重的威胁。(郑立伟 郑旭峰 高树基)
