生物海洋学分野では、低次生物生産、海洋生態系の低次生物生産を支えるプランクトンの生理生態を扱っています。プランクトンは陸上から海洋沿岸、外洋の表層から深海まであまねく分布し、それぞれの環境における物質循環を左右する重要な分類群です。そのため私たちの研究室では、海洋生物資源の永続的利用という水産学的視点に加えて、海洋表層にて固定された炭素を深海に輸送する駆動源としての海洋学的視点の2つの視点からプランクトンの研究を行っています。とくに、地球温暖化防止に関する基礎的知見としての、海洋肥沃化も視野に入れたプランクトンの研究にも注力しています。
従来プランクトンの研究は、採水やプランクトンネットで採集された試料を検鏡する、顕微鏡観察により行われてきました。しかし現在、これら顕微鏡観察以外にも、その定量観察を可能にする手法として、遺伝子解析と画像イメージング解析の大きく2つがあります。生物海洋学分野の教員2名は、このそれぞれ新しい解析手法を用いており、遺伝子解析は西谷が、画像イメージング解析は山口が専門としています。またこれ以外にも生物海洋学分野の教員2名の研究テーマは、綺麗に棲み分けが出来ています。すなわち植物プランクトンは西谷が、動物プランクトンは山口が扱っています。また研究対象海域も、沿岸域の西谷、外洋域の山口となっています。そのため、生物海洋学分野では、様々なプランクトン分類群(動・植物プランクトンいずれも)を扱い、解析手法も、従来行われてきた顕微鏡観察に加えて、遺伝子解析と画像イメージング解析等の研究手法を用い、学び、習得することが出来ます。研究対象海域も沿岸域から外洋域の深海まで、様々に拡がっています。このように最新の「生物海洋学」を、全方位的に漏れなくカバーしている研究室は、日本国内だけで無く、海外を通して見ても例のないユニークさで、当分野の特徴として挙げられます。
これまで生物海洋学分野が共同研究を行ってきた相手先としては、韓国仁荷大学、中国海洋大学、Taiwan Academia Sinica、Taiwan National Chung Hsing University、タイチュラロンコン大学、タイカセサート大学、南アフリカStellenbosch University、フランスCaen University、韓国海洋科学技術院(KIOST)、インドネシアボゴール農科大学、宮城大学、東海大学、三重大学、水産大学校、中央海区水産研究所、西海区水産研究所、瀬戸内海区水産研究所、北海道中央水産試験場、青森県産業技術センター、宮城県気仙沼水産試験場、大阪府立農林水産総合研究所、京都府農林水産技術センター、(株)橋本道路、(株)ホットランド、宮城県漁協東松島市鳴瀬支部、仙台城南高等学校、茨城県立つくばサイエンス高等学校等が挙げられます。