Como su nombre indica, el mar tiene un papel fundamental en este espacio natural, en el que constituye aproximadamente el 85% de la superficie protegida. Los fondos marinos son una de las principales razones que motivaron la declaración de estas islas como Parque Nacional, y el mar y su cercanía influencian en gran medida incluso los ecosistemas terrestres. La zona marina de las Islas Atlánticas presenta un elevado valor ecológico y un gran atractivo tanto por los paisajes como por su riqueza en fauna y flora. La biodiversidad que caracteriza este medio es consecuencia de sus particulares condiciones oceanográficas y de los múltiples hábitats que en él se encuentran, que crean unas condiciones idóneas para el desarrollo de una gran variedad de comunidades.
Hasta las costas de Galicia llega la corriente del Golfo, aguas superficiales cálidas procedentes del Caribe que suavizan enormemente el clima de la región, de forma que la temperatura media de las aguas superficiales en Galicia es de 14ºC, frente a los 5ºC de la costa norteamericana en la misma latitud.
Las mareas son movimientos oscilatorios de las aguas oceánicas que producen alternativamente un aumento del nivel del mar, llamado marea alta o pleamar, y un descenso de éste, llamado marea baja o bajamar. Este fenómeno está causado por la atracción gravitatoria que el Sol y sobre todo la Luna ejercen sobre la Tierra y sus masas de agua. En nuestra costa se alterna una pleamar y una bajamar cada 6 horas y 12 minutos aproximadamente, de forma que tenemos dos pleamares y dos bajamares cada día. La amplitud de la marea (la diferencia entre el nivel medio y el máximo o el mínimo) alcanza aquí los 4 metros. Estas variaciones periódicas tienen una gran trascendencia sobre los organismos que viven en la zona litoral, que deben adaptarse al cambio drástico de sus condiciones de vida cada seis horas.
La riqueza de las aguas de las islas tiene su base en un fenómeno de afloramiento local. Durante el verano, los vientos predominantes hacen que el agua superficial se vea empujada hacia el exterior de las rías, y el espacio que deja es ocupado por aguas frías profundas que ascienden hacia la costa. El agua que aflora es rica en nutrientes, que quedan a disposición de los organismos que habitan en la zona iluminada, entre ellos las microalgas que constituyen la base de la cadena alimenticia. Así, se produce un importante incremento en las poblaciones de estos vegetales y de una rica fauna marina a la que sirven de alimento.
En las comunidades rocosas existe una gran variedad de hábitats que, junto a la gran cantidad de oxígeno y materia orgánica disponible debido a la turbulencia del agua, explica la gran diversidad específica de estos ambientes.
En el intermareal (la zona situada entre los niveles de las mareas más altas y más bajas del año), se encuentran grandes áreas dominadas por el mejillón (Mytilus galloprovincialis) y, en las zonas más expuestas al embate del mar, de percebe (Pollicipes cornucopia), sobre una base de bellotas de mar de los géneros Balanus y Chthamalus.
Un buen ejemplo de las adaptaciones de los animales que viven en esta franja para evitar la desecación cuando baja la marea lo constituyen las lapas (Patella spp.): se adhieren con tal fuerza a la roca que el cierre es hermético y queda agua en la parte interna; al subir la marea empiezan a moverse lentamente en busca de alimento, pero cuando vuelve a bajar se adhieren de nuevo en el mismo punto.
En el submareal, permanentemente sumergido, destacan los bosques de grandes algas pardas, por ser una de las comunidades del litoral español que mayor riqueza específica alberga. Están formados por Saccorhiza polyschides, Laminaria ochroleuca y Laminaria hyperborea, especies de algas de gran talla de hasta 2.5 m. Como si fueran grandes árboles, permiten que multitud de animales y vegetales vivan entre ellas y sobre ellas, formando un verdadero bosque submarino. Aquí podemos encontrar nécoras (Necora puber), pulpos (Octopus vulgaris), congrios (Conger conger) y otras muchas especies que encuentran alimento y refugio en estas comunidades.
En las zonas en las que predomina la sedimentación sobre la erosión encontramos fondos con substratos móviles, que pueden ser, según el tamaño y la composición de las partículas que los forman: fangosos, de arena, de cascajo, de grava… En las aguas del Parque Nacional los principales fondos móviles que se encuentran son los de arena, maërl y cascajo, aunque en los fondos alrededor de Cortegada y en el Lago de Cíes se encuentran también zonas fangosas. Todos ellos están caracterizados por el hecho de que el oleaje y las corrientes remueven la capa superficial de sedimento de forma constante.
En los fondos de arena las algas son predominantemente microalgas, aunque en rocas aisladas entre la arena aprovechan para anclarse otras especies. En cuanto a la fauna, dominan las poblaciones arenícolas de moluscos bivalvos como la vieira (Pecten maximus) o la volandeira (Aequipecten opercularis). También son característicos los peces planos que se mimetizan con el fondo o se entierran levemente como la solla (Platichthys flesus) o las rayas (Raja spp.). Además de todos estos organismos, en los arenales vive una diminuta y rica fauna intersticial que habita en los pequeñísimos huecos que existen entre los granos de arena.
Los fondos de maërl están compuestos por las algas calcáreas Lithotamnion corallioides y Lithotamnion calcareum, en forma de arbúsculos más o menos libres, ramificados y fuertemente calcificados de varios centímetros de envergadura. La acumulación en niveles sedimentarios de esta estructura donde únicamente están vivas las algas de la capa superficial, ofrece una intrincada red de refugios que permite que estos fondos alberguen una gran diversidad animal. Entre los animales que viven aquí están la almeja rubia (Venerupis romboides) o el reloj (Dosinia exoleta). Entre los peces destaca el lanzón (Ammodytes tobianus). Además de estas especies, en el maërl se refugian las fases juveniles de muchas otras especies como la sepia (Sepia officinalis) o la centolla (Maja squinado).
Los fondos de cascajo están formados por grandes restos de conchas de moluscos, sobre todo bivalvos y gasterópodos, que forman una capa de varios centímetros de espesor en la que viven enterrados la mayoría de los animales que aquí habitan. Los vegetales se limitan a algas microscópicas o pequeñas algas incrustantes sobre los fragmentos de conchas o sobre los caparazones de los animales todavía vivos. Aquí se esconde una variada fauna: vieira (Pecten maximus), zamburiña (Chlamys varia), navaja (Ensis spp.),…
En el archipiélago de Cíes, entre las islas de Monteagudo y del Faro, se encuentra una laguna somera de agua salada que alberga una elevada biodiversidad, llamada Lago o Lagoa dos Nenos. Además de haber variedad de ambientes distintos de arenas y rocas inter y submareales, hay una zona de fondos fangoso-arenosos en la que crecen dos especies de Zostera, plantas acuáticas con flor que forman verdaderas praderas submarinas. Los zosterales funcionan como zona de desove y alevinaje de peces y otros grupos, donde las condiciones favorecen que sean usadas para la sujeción de puestas de huevos de distintas especies, y también que haya una elevada densidad de larvas y juveniles, que encuentran aquí gran cantidad de alimento, una zona de aguas tranquilas y escondite y protección frente a los depredadores. Las condiciones del Lago favorecen también la fauna piscícola, y sin necesidad de introducirnos en el agua, podemos observar una buena representación de esta diversidad paseando a lo largo del dique que lo limita: lisas (Chelon labrosus), mojarras (Diplodus vulgaris), maragotas (Labrus bergylta), e incluso anguilas (Anguilla anguilla), etc.