海洋細菌分布廣、數量多，在海洋生態系統中起著特殊的作用。海洋中細菌數量分布的規律是：近海區的細菌密度較大洋大，內灣與河口內密度尤大；表層水和水底泥界面處細菌密度較深層水大，一般底泥中較海水中大；不同類型的底質間細菌密度差異懸殊，一般泥土中高于沙土。大洋海水中細菌密度較小，每毫升海水中有時分離不出1個細菌菌落,因此必須采用薄膜過濾法:將一定體積的海水樣品用孔徑0.2微米的薄膜過濾，使樣品中的細菌聚集在薄膜上，再采用直接顯微計數法或培養法計數。大洋海水中細菌密度一般為每40毫升幾個至幾十個。在海洋調查時常發現某一水層中細菌數量劇增，這種微區分布現象主要決定于海水中有機物質的分布狀況。一般在赤潮之后往往伴隨著細菌數量增長的高峰。有人試圖利用微生物分布狀況來指示不同水團或溫躍層界面處有機物質積聚的特點，進而分析水團來源或轉移的規律。
大洋海水中酵母菌密度為每升5～10個。近岸海水中可達每升幾百至幾千個。海洋酵母菌主要分布于新鮮或腐爛的海洋動植物體上，海洋中的酵母菌多數來源于陸地，只有少數種被認為是海洋種。海洋中酵母菌的數量分布僅次于海洋細菌。
海水中的細菌以革蘭氏陰性桿菌占優勢，常見的有假單胞菌屬等10余個屬。相反，海底沉積土中則以革蘭氏陽性細菌偏多。芽胞桿菌屬是大陸架沉積土中常見的屬。
海洋真菌多集中分布于近岸海域的各種基底上，按其棲住對象可分為寄生于動植物、附著生長于藻類和棲住于木質或其他海洋基底上等類群。某些真菌是熱帶紅樹林上的特殊菌群。某些藻類與菌類之間存在著密切的營養供需關系，稱為藻菌半共生關系。
