Протягом 16—19 століть океан вивчався численними натуралістами. Систематичні дослідження розпочалися з початку 19 століття (географічні експедиції І. Ф. Крузенштерна, Ю. Ф. Лисянського, О. Є. Коцебу, Ф. Ф. Беллінсгаузена, М. П. Лазарева, Ч. Дарвіна.
Перша власне океанографічна експедиція — кругосвітна подорож англійського судна «Челленджер» (1872—1876), дала велику інформацію про фізичні, хімічні, біологічні і геологічні особливості Тихого океану. Великий внесок у його вивчення в кінці 19 століття внесли наукові експедиції на суднах: «Витязь» (1886—1889, 1894—1896) Росія, «Альбатрос» (1888—1905) США; у 20 столітті: на суднах «Карнегі» (1928—1929) — США, «Снелліус» (1929—1930) — Нідерланди, «Діскавері II» (1930) — Великобританія, «Галатея» (1950—1952) — Данія і «Витязь» — СРСР. Новий етап дослідження почався з 1968 року, коли з американського судна «Гломар Челленджер» було почато глибоководне буріння.
Районування
Зазвичай Тихий океан ділять на дві області — Північну і Південну, що граничать по екватору. Також проводять межу по осі екваторіальної протитечії, тобто приблизно по 5° північної широти. Раніше акваторія Тихого океану частіше підрозділялася на три частини: північну, центральну і південну, межами між якими служили Північний і Південний тропіки.
Окремі ділянки океану, розташовані між островами або виступами суші, мають свої назви. До найбільших акваторій Тихоокеанського басейну відносяться Берінгове море на півночі; затока Аляска на північному сході; затоки Каліфорнійська і Теуантепек на сході, біля берегів Мексики; затока Фонсека біля берегів Сальвадору, Гондурасу і Нікарагуа і дещо південніше Панамська затока. Біля західного побережжя Південної Америки є всього декілька невеликих заток, наприклад Гумаякіль біля берегів Еквадору.
У західній і південно-західній частинах Тихого океану численні крупні острови відокремлюють від основної акваторії безліч міжострівних морів, таких як Тасманове море на південний схід від Австралії і Коралове море у її північно-східного побережжя; Арафурське море і затока Карпентарія на північ від Австралії; море Банда на північ від острова Тимор; море Флорес на північ від однойменного острова; Яванське море на північ від острова Ява; Сіамська затока між півостровами Малакка і Індокитай; затока Бакбо (Тонкінська) біля берегів В'єтнаму і Китаю; Макасарська протока між островами Калімантан і Сулавесі; Молуккське море і Сулавесі відповідно на схід і півночі від острова Сулавесі; Філіппінське море на схід від Філіппінських островів.
Особливий район на південному заході північної половини Тихого океану є море Сулу в межах південно-західної частини Філіппінського архіпелагу, де також є безліч невеликих заток, бухт і напівзамкнених морів (наприклад, море Сібуян, Мінданао, Вісаян, бухта Маніла, затоки Ламон і Лейте). Біля східного берега Китаю розташоване Східно-Китайське і Жовте море; останнє утворює на півночі дві затоки: Бохайвань і Західно-Корейську. Японські острови відокремлені від Корейського півострова Корейською протокою. У цій же північно-західній частині Тихого океану виділяються ще декілька морів: Внутрішнє Японське море серед південних Японських островів; Японське море на захід від них; північніше — Охотське море, що з'єднується з Японським морем Татарською протокою. Ще далі на північ, безпосередньо на південь від півострова Чукотка, знаходиться Анадирська затока.
Найбільші затруднення викликає проведення межі між Тихим і Індійським океанами в районі Малайського архіпелагу. Жодна із запропонованих меж не могла задовольнити одночасно ботаніків, зоологів, геологів і океанологів. Вважається межею розділу так звана лінія Уоллеса, що проходить через Макасарську протоку. Також пропонується межа через Сіамську затоку, південну частину Південно-Китайського моря і Яванське море.
Береги
Береги Тихого океану настільки розрізняються від місця до місця, що важко виділити які-небудь загальні риси. За винятком крайнього півдня, побережжя Тихого океану обрамлене кільцем згаслих вулканів, відомих як Тихоокеанське вогняне коло. Більша частина берегів утворена високими горами, так що абсолютні відмітки поверхні різко змінюються на близькій відстані від берега. Все це свідчить про наявність по периферії Тихого океану тектонічно нестабільної зони, щонайменші переміщення в межах якої є причиною сильних землетрусів.
На сході круті схили гір підходять до самого берега Тихого океану або відділяються від нього неширокою смугою прибережної рівнини; така будова характерна для всієї прибережної зони, від Алеутських островів і затоки Аляска до мису Горн. Тільки на крайній півночі Берінгове море має низовинні береги.
У Північній Америці в прибережних гірських хребтах зустрічаються окремі знижені ділянки і проходи, але в Південній Америці величний ланцюг Анд утворює майже суцільний бар'єр на всьому протязі материка. Берегова лінія тут досить рівна, а затоки і півострови зустрічаються рідко. На півночі найглибше врізані в сушу затоки П'юджет-Саунд і Сан-Франциско і протока Джорджія. На більшій частині південно-американського побережжя берегова лінія згладжена і майже ніде не утворює бухт і заток, за винятком затоки Гуаякіль. Проте на крайній півночі і крайньому півдні Тихого океану існують дуже близькі по будові ділянки — архіпелаг Олександра (південна Аляска) і архіпелаг Чонос (біля берегів південного Чилі). Для обох районів характерні численні острови, великі і малі, з обривистими берегами, фіордами і фіордоподібними протоками, створюючими затишні бухти. Решта частини тихоокеанського побережжя Північної і Південної Америки, не дивлячись на велику протяжність, представляє лише обмежені можливості для судноплавства, оскільки там дуже мало зручних природних гаваней, а побережжя часто відділяється гірським бар'єром від внутрішньої частини материка. У Центральній і Південній Америці гори затрудняють сполучення між заходом і сходом, ізолюючи нешироку смугу Тихоокеанського побережжя. На півночі Тихого океану Берінгове море більшу частину зими скуто кригою, а побережжя північного Чилі на значному протязі є пустелею; цей район відомий своїми родовищами мідної руди і натрієвої селітри. Райони, розташовані на крайній півночі і крайньому півдні американського побережжя, — затоки Аляска і околиці мису Горн, — здобули погану славу своєю штормовою і туманною погодою.
Західне побережжя Тихого океану істотно відрізняється від східного; береги Азії мають безліч заток і бухт, в багатьох місцях створюючих безперервний ланцюг. Численні виступи різного розміру: від таких крупних півостровів, як Камчатка, Корейський, Ляодунський, Шаньдунський, Лейчжоубаньдао, Індокитай, до незліченних мисів, що розділяють дрібні бухти. На азійському побережжі часті гори, але вони не дуже високі і зазвичай декілька віддалені від берега. Вони не утворюють суцільних ланцюгів і не є бар'єром, що ізолює прибережні райони, як це спостерігається на східному березі океану. На заході в океан впадає багато крупних річок: Анадир, Пенжина, Амур, Ялуцзян (Амноккан), Хуанхе, Янцзи, Сицзян, Юаньцзян (Хонгха — Червона), Меконг, Чаупхрая (Мінам). Багато їх цих річок утворили обширні дельти, де проживає численне населення. Річка Хуанхе виносить в море так багато наносів, що її відкладення утворили перемичку між берегом і крупним островом, створивши таким чином Шаньдунський півострів.
Ще одна відмінність між східним і західним побережжям Тихого океану полягає в тому, що західний берег облямований величезною кількістю островів різного розміру, часто гористих і вулканічних. До цих островів належать Алеутські, Командорські, Курильські, Японські, Рюкю, Тайвань, Філіппінські (їх загальна кількість перевищує 7 000); нарешті, між Австралією і півостровом Малакка знаходиться величезне скупчення островів, за площею зіставне з материком, на яких розташована Індонезія. Всі ці острови мають гірський рельєф і входять до складу Вогняного кола, опоясуючого Тихий океан.
Лише небагато крупних річок американського континенту впадають в Тихий океан — цьому перешкоджають гірські хребти. Виняток становлять деякі річки Північної Америки — Юкон, Кускоквім, Фрейзер, Колумбія, Сакраменто, Сан-Хоакін, Колорадо. Моря розташовані головним чином по його північних і західних околицях: Берінгове, Охотськоє, Японське, Східно Китайське, Жовте, Південно-Китайське; міжостровні об'єднані під назвою Австрало-Азійське середземне море; окраїнні — Коралове, Тасманове.