تعتمد طرق جمع العينات البحرية ودراسة الأحياء البحرية على الغرض الذي يراد الوصول إليه ونوع الأحياء البحرية التي يراد جمعها، وتشمل بعض الطرق التالية:
1- الصيد البحري: ويشمل هذا النوع من الصيد استخدام الشبكات الصيدية والصناديق والعوامات والخطافات، وتمتد هذه العملية إلى قياس وزن وطول الأسماك.
2- أجهزة الرصد البحري: وتتكون من أجهزة رادار البحر الذي يتيح للعلماء رصد الأحياء البحرية وأنماطها وحركتها ومكان إيجادها.
3- الغطس: يستخدم الغطس لتجمع المستكشفين الأحياء البحرية والحيوانات والنباتات البحرية على مسافات قريبة، ويفضل استخدام خوذة الغطس لتوفير الأمان والراحة.
4- الروبوتات البحرية: يتم استخدام الروبوتات البحرية لتجميع العينات البحرية من المياه العميقة وأجزاء من البحار التي يصعب الوصول إليها.
5- الدراسات الأحيائية: تعتمد دراسات الأحياء البحرية على المراقبة المستمرة للأحياء البحرية، حيث يتم جمع عينات بشكل دوري من البحر لمعرفة كمية الأحياء البحرية ودراسة أنماط حركتها وسلوكها واستجابتها للتغيرات البيئية.