海水中的固态粒子富含胶体化学和表面化学特性，其微量元素在液固界面的分配遵循低浓度的界面化学与胶体化学规律。这些研究对于理解海洋元素迁移变化规律，尤其是河口化学，以及海洋污染控制和资源提取具有基础性作用。尽管研究焦点通常集中在微量元素上，但常量元素在海水与洋底界面的离子交换，如碳酸盐沉积物的钙-镁交换，同样适用。
例如，K+与H+的交换在海水pH形成中可能起关键作用：3Al2Si2O5(OH)4(固)+2K+→2KAl3Si3O10(OH)2(固)+3H2O。关于海水中元素与固体粒子的相互作用，有三种主要理论：化学吸附理论、表面络合理论和表面分级离子交换理论。每个理论都有其独特之处，但都在不断发展之中。其中，离子交换率与pH的关系研究最为广泛，主要涉及水合氧化物、粘土矿物和氟石等离子交换剂，以及20多种微量元素。
关于微量元素在固体粒子上的作用等温线，有多种表达方式，如弗罗因德利希经验公式、朗缪尔公式等。这些公式有助于揭示作用过程和相互作用强度。海洋固体粒子主要由粘土矿物、金属氧化物和有机物质构成，这些成分对微量元素的交换作用各有不同，其中粘土矿物和水合氧化物的作用尤其受关注。有机物通常与微量元素有强的络合作用，但在复杂情况下，其作用可能更为关键，但其具体作用机制和定量规律还需进一步研究。
对于铀（Ⅵ）在水合氧化钛上的提取动力学，一种观点认为涉及扩散、表面吸着、转化、化学反应和解吸等多个步骤，且在天然海水条件下的速率受液膜扩散控制。此外，化学反应可能是阳离子交换或络合缩水反应，具有一定的反应级数。
海洋物理化学是海洋化学的理论核心，它应用物理化学的理论、观点和方法，来研究海洋中的化学问题和地球化学过程，包括海水、悬浮粒子和沉积物、微表层海水和沉积物间隙水等海洋体系的组成、物理化学性质和结构、海洋及其环境(大气、洋底、河口等)所组成的体系中发生的一切物理化学过程。