חלק מהעופות הימיים מבלים את רוב זמנם במים ממש, חלק בתעופה מעליו וחלק לחופיו, ויש אף עופות ימיים שבזמנים שונים במהלך השנה לא חיים בקרבת הים כלל. על פי רוב, נוצותיהן משוחות בחומר שומני כדי שהמים לא יספגו בתוכן וימנעו מהם לעוף באוויר. לחלק מהעופות הימיים קרומי שחייה בין אצבעות הרגליים (בעיקר בקרב המינים שחיים בים עצמו) אך חלק נטולי קרומים כאלה.

ככלל, עופות ימיים חיים זמן רב יותר, מתרבים בגיל מאוחר יותר ומולידים פחות צאצאים מאשר רוב העופות היבשתיים, אך הם משקיעים זמן רב ואנרגיה רבה בטיפול בצאצאים. רוב מיני העופות הימיים מקננים במושבות שגודלן משתנה בין כמה עשרות פרטים למיליונים. הם נוהגים לנדוד מדי שנה ושנה, ובמהלך נדידה זו הם חוצים לעתים קרובות את קו המשווה ובמקרים מסוימים אף מקיפים את כדור הארץ. עופות ימיים ניזונים בעיקר מדגים אותם הם צדים הן על פני המים והן מתחת להם ויש מהם שמטיבים לצלול.