สถานีวิจัย เป็นหน่วยงานระดับฝ่ายของสถาบันวิทยาศาสตร์ทางทะเล มีหน้าที่ความรับผิดชอบในการส่งเสริมศักยภาพการดำเนินงานของสถาบันวิทยาศาสตร์ทางทะเล ในด้านการวิจัย และการให้บริการวิชาการรวมถึงการสนับสนุนการเรียนการสอน ในพื้นที่ตั้งและบริเวณใกล้เคียงสถานีวิจัย สถานีวิจัยของสถาบันวิทยาศาสตร์ทางทะเล มี 2 แห่ง คือ

1. สถานีวิจัยชะอำ ตั้งอยู่ที่บ้านบ่อใหญ่ ตำบลบางเก่า อำเภอชะอำ จังหวัดเพชรบุรี
2. สถานีวิจัยการเพาะขยายพันธุ์สัตว์ทะเลหายากและใกล้สูญพันธุ์ กองทัพเรือ ร่วมกับมหาวิทยาลัยบูรพา ตั้งอยู่ในเขตพื้นที่กรมก่อสร้างและพัฒนา ฐานทัพเรือสัตหีบ ต.แสมสาร อำเภอสัตหีบ จัดหวัดชลบุรี

สถานีวิจัยแต่ละแห่ง มีหน้าที่ความรับผิดชอบการดำเนินงานวิจัย และบริการวิชาการแก่ชุมชนทางด้านวิทยาศาสตร์ทางทะเล เช่น การสนับสนุนทางวิชาการด้านการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำชายฝั่ง การสร้างความร่วมมือและจัดกิจกรรมร่วมกับหน่วยงานและชุมชนในพื้นที่ เพื่อส่งเสริมการอนุรักษ์ทรัพยากรชายฝั่งและทรัพยากรประมง นอกจากนี้ยังใช้เป็นสถานที่ฝึกงาน ฝึกอบรมแก่นิสิต นักศึกษาและประชาชนทั่วไป ในพื้นที่ตั้ง และจังหวัดใกล้เคียง สถานีวิจัยทั้งสองแห่งมีการแบ่งการบริหารงานออกเป็น 3 งาน ดังนี้

1. งานบริหารสถานี ผู้ปฏิบัติงานบริหารของสถานีวิจัย จะทำหน้าที่ดำเนินการและประสานงานกับงานต่างๆ ของสำนักงานผู้อำนวยการและฝ่ายต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง เพื่อการดำเนินงานในด้านต่างๆ ของสถานีวิจัย เช่น เรื่องบุคลากร อาคารสถานที่และยานพาหนะ การเงินและพัสดุ เป็นต้น
2. งานวิจัยวิทยาศาสตร์ทางทะเล รับผิดชอบการดำเนินงานในด้านการวิจัยในสาขาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ทางทะเล สนับสนุนการดำเนินงานวิจัยของสถาบันวิทยาศาสตร์ทางทะเล การดูแลห้องปฏิบัติการวิจัยและเครื่องมือวิจัย รวมทั้งงานพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการสนับสนุนการวิจัย
3. งานบริการวิชาการ รับผิดชอบในการให้บริการวิชาการแก่ประชาชนทั่วไป นักเรียน นิสิต นักศึกษา ครู อาจารย์ และนักวิจัย ในรูปแบบต่างๆ เช่น การให้คำปรึกษา การให้บริการด้านการวิเคราะห์ตัวอย่างการให้บริการอาหารสัตว์น้ำวัยอ่อน การให้บริการด้านการฝึกอบรม ดูงาน ฝึกปฏิบัติงาน และการสร้างเครือข่ายความร่วมมือกับหน่วยงานและชุมชนในพื้นที่ เพื่อส่งเสริมการอนุรักษ์และฟื้นฟูทรัพยากรประมงชายฝั่ง