地球系统的观测不仅贵在实时，而且有许多内容还必须在原位进行分析。到野外进行现场采样，回室内开展实验分析，这是多少年来地球科学的传统。但是，有许多现象是不能“采样”分析的：热液的温度、pH值，采回来就变了;深海的许多生物，取上来也就死了；甚至沉积物颗粒，本来的团粒，一经采样也就散了，“分析”的结果都不是水层里的真实情况。新的方向是倒过来：不是把样品从海里采回实验室做分析，而是把实验室的仪器投到海里去分析样品。

　　例如浮游生物，通常使用浮游网采集，取上后在显微镜下观测鉴定。但是，对细菌之类小于2微米的“微微型”浮游生物，要依靠激光原理用流式细胞计才能统计。近来发明的下潜流式细胞计更进一步，可以不必取上水样，而是直接投入海中作自动的连续测量。再进一步的发展，一是“水下显微镜”，使下潜的细胞计具有呈像功能，依靠光纤将水里的生物图像发回，全面鉴定统计从硅藻到细菌各种不同大小的浮游生物；二是“DNA探针”，放到海里原位测量生物的基因，在分子水平上测定各种浮游生物的丰度，从而发展“微生物海洋学”新学科。

　　其实，海底观测系统的应用前景，并不限于地球科学。海底不但是探测生命起源和极端环境生物学的理想场所，甚至于还是高能物理探测基本粒子的所在。来自宇宙的中微子穿越水层时，会因其产生的μ介子留下光学效应，从而可以在深海追踪中微子在宇宙中的来源。也就是说，科学家可以把海洋当作“天文台”，在海底架起“望远镜”进行追踪。