海水中碘的浓度 约为0.47微摩尔/千克。热力学计算表明，海水中的IO3–应占绝对优势，但实际上海水中仍然能测出I–。
海藻有富集碘的能力，其中含碘可达0.7—19.7毫摩尔/千克。我国生产的碘有一部分就是以海带作原料的。
深海中的IC–3可能是由I-转化的，而I-则是有机物释放出来的，因此碘离子的垂直分布和碘酸根离子的垂直分布的关系有如物体和它的镜像的关系(见图)。
北太平洋(12°01′N，158°02′E) 溶解I–和IO–3的垂直分布
在还原性环境中，如卡里亚科海沟和黑海的深层缺氧水中，碘化物的含量占优势。
雨、雪和海洋大气悬浮物中，I/Cl比值比海水高，其富集程度一般为102—103。G.A.迪安认为，这种碘的蒸发现象是由于浪花将海洋中微小生物的碎片输送到大气中造成的; 三宅和角皆提出水中碘离子经光氧化而产生分子 态碘：
+2OH-;J.E.洛夫洛克等测得大西洋表层水中平均有135×10-12毫升/毫升的碘甲烷，这是一种挥发性的含碘有机物。P.S.利斯和P.G.斯莱特利用海空界面的双膜模式，根据海水和大气中碘甲烷的浓度差，算出由海洋进入大气的碘甲烷总量为每年2.4×1011克碘。
碘在海水中的逗留时间是1.1×106 年。