在海水中确认有四种钍同位素（²³⁴Th，²³²Th，²³⁰Th，²²⁸Th）存在。其中仅针－234（²³⁴Th）为β放射体，其它均为α放射体。从与决定海底底质年代的关联性来看，Th－232（²³²Th），Th－228（²²⁸Th）和Th－230（²³⁰Th）一直被注意，另外从短时间海水混合过程等方面来看，最近对²³⁴Th也寄予关心。测定海水中钍的含量可用比色分析法（用铬变酸和苯基胂酸酸的衍生物），α-波高分析法和中子活化分析法。研究钍同位素的含量除α-波高分析法以外没有其它方法。由500－1000升海水用氢氧化铁等共同沉淀的方法来浓缩钍同位素，用阴离子交换法和溶剂萃取法分离精制以后，让它电积在银板或铂板上，α-波高分析法是最普通的方法。
    现有的测定值已汇集于表3．42中。海水中中钍含量在10^-7－10^-10克／升之间，但应指出，其含量由海底土沉积的速度来控制。

表3．42  海水中钍的同位素含量 

    海水中的Io／Th比，虽然好像在太平洋也取得了与图3．65所表示的海底底质表面的酸溶性钍同位素比一样的分布，但关于引起这种地区性分布的原因还没有查明。除了钍分布本身不均一以外，钍同位素²²⁸Th和²³²Th的比，在海水中也没有表现均匀的值。因为²²⁸Th与²³²Th属于同一衰变系列，所以如果处于放射平衡，这两个同位素的放射能强度比应该是1。但在海水中²²⁸Th／²³²Th比值大于1，在北太平洋西部为2－10，在东中国海和日本海为10－15，在北太平洋东部为10－25。其原因被认为是，在海水中与钍-232的放射平衡量相对应的过剩Ra-228（²²⁸Ra，²²⁸Th的母核）是由陆地水和沉积物供给而造成的。

    另一个钍的同位素²³⁴Th，属于铀系列列的β放射体，因为它是短寿命的核，所以虽然可期望在海水中与铀大致保持放射平衡，但根据近年的研究，今已知其达到放射平衡的程度为60－120％。这大概就可以使它成为在海洋表层所进行的沉降和混合过程的合适的示踪剂。
    钍在天然的氧化状态下为四价阳离子，很难与海水中的阴离子生成络合物，它几乎全部以氢氧化物的形式存在。Th（OH）₄的溶度积是10^-45，当pH＞5时，其全部都应变成胶状的氢氧化物。
    东氏指出，如果把海水过滤，大部分钍就都留在滤纸上。另外斎藤述及，如果把²³⁴Th加于海水，30天后在沉淀部分可以找到其80％。著者等，用微孔过滤器把海水过滤，结果查明，在沿岸的水中，大约90％的钍以粒子状态存在。与此相反，在外洋水中该比例要减少到10％。
    因沿岸水中钍的含量为外洋水的10倍以上，所以上述比例的变化表示，大部分钍以粒子的状态由陆地搬到海洋，并且在大陆的近旁沉积。
    就海水悬浮物中所含有的钍同位素来说，在北太平洋西部海区²³²Th为0．7×10^-9克／升，²³⁰Th为5×10^-15克／升。在印度洋，²³²Th为0．02－0．17×10^-9克／升，²³⁰Th为3－6×10^-15克／升。