石油入海后即发生一系列复杂变化，包括扩散、蒸发、溶解、乳化、光化学氧化、微生物氧化、沉降等。为控制溢油污染海洋，监测溢油的扩散行为是处置事故溢油的要点。溢油监测技术主要分为光学监测和电磁波监测两大类。光学监测包括可见光技术、红外技术、紫外技术、荧光技术、高光谱技术等；电磁波监测主要有微波辐射监测技术、雷达技术、电磁能量吸收技术等。
1）光学监测
可见光技术以成像原理为基础对溢油区域的影像进行处理，区分水、油界面，经济实用，但区分度低、虚警率高，也易受天气和夜晚影响。
红外技术利用热像仪、辐射计、扫描仪测定水、油的辐射量，经数据处理后获得溢油的影像，适用于远距离观测，多用于卫星和航空遥感，技术成熟，不受昼夜影响，但易受浮游植物等干扰，对薄油膜不灵敏。
紫外技术利用油膜对紫外光的反射率比水高的特性，对水、油反射信号进行处理辨别，灵敏度高，不受外界光线影响，但由于波长短、绕射能力弱，远距离观测极易受大气气溶胶、臭氧分子影响。
荧光技术利用油类物质中共轭结构对特定紫外光能量的吸收，激发特定波长的荧光，从而完成对油类物质的测量。荧光技术的特异性高，但干扰因素多，适用于近距离溢油监测。若要远距离溢油监测，需利用激光作为激发光源，通过扫描实现监测，设备成本高、体积大、操作复杂。
高光谱技术利用近乎连续的窄波段光谱信息，不仅可以有效区分油膜与水，而且可根据不同油品种类和不同时期的油膜光谱吸收特征差异推断所泄漏的油品种类与泄漏时间，但高光谱技术尚处于研发阶段，其光谱数据库构建和数据处理技术有待进一步研究。
2）电磁波监测
微波辐射监测技术利用被动式的微波传感器（微波辐射计）接收水和油发射的微波，由于水和油的发射系数不同，传感器可以识别出油膜。该技术的时空分辨率较低，且易受海上风浪影响。
雷达技术利用雷达发射和接收微波，通过接收水面目标的后向散射来提取油膜信息，空间分辨率较好，但易受风速影响和类油膜信息干扰。
电磁能量吸收技术利用水、油对电磁波传播性能的差异，在水面上下分别布设电磁发生和接收装置，实现对油膜的监测，并对一定范围内的油膜厚度进行定量判断，但由于监测为接触式，监测覆盖范围小，对水文条件有较高要求，且设备易受污染。