يعد قسم الكيمياء وتلوث البيئة البحرية من أهم الأقسام العلمية في مركز علوم البحار فهو يقوم بدور الوسيط والرابط بين العلوم المختلفة في مجال علوم البحار والمحيطات، وبالتالي فهو أحد الركائز المهمة للدراسة في البيئات النهرية والبحرية. يضم قسم الكيمياء وتلوث البيئة البحرية نخبة من الأساتذة الجامعيين والباحثين ذوي التخصصات المميزة في مجال الكيمياء الحيوية والكيمياء البيئية والكيمياء البحرية والأملاح المغذية والعناصر الكيميائية والنمذجة الكيميائية والكيمياء العضوية والجيوكيمياء البحرية والتلوث البحري، بالإضافة إلى عدد من الفنيين. كما يقوم القسم بدوره في تأهيل الكفاءات الوطنية والتي تخدم مختلف قطاعات الدولة. فضلاً عن سعيه المستمر للتعاون مع المؤسسات ذات العلاقة في الداخل والخارج من أجل إثراء الجانب البحثي والوقوف على آخر المستجدات في علوم البحار وخصوصاً الكيمياء البحرية. و كذلك مع القطاع الخاص والعام من أجل التكامل في تكوين قاعدة بيانات للخصائص الكيميائية للمياه الإقليمية العراقية.
يسهم بالعديد من الأبحاث سواء منفرداً أو بالتعاون مع الأقسام الأخرى من داخل المركز أو خارجه، إذ لدى القسم العديد من الأجهزة التحليلية الحديثة مثل أجهزة التحليل الطيفي وكروماتوغرافيا الغاز وكروماتوغرافيا السائل ذو الأداء العالي والفلورة وجهاز الأمتصاص الذري وأجهزة تحليل أخرى. لذا فالقسم يساهم من خلال كوادره العلمية في إجراء البحوث بغرض التعرف على مواصفات البيئة البحرية ودراسة مشاكلها الناتجة من مصادر التلوث المختلفة وتقديم التوصيات للجهات المعنية. كما أن يقدم خبرته في خدمة جميع المؤسسات ذات الصلة بالبيئة البحرية من خلال تقديم الاستشارات والقيام بالدراسات لصالح هذه الجهات، فضلا عن تطوير المستويات العلمية والعملية والخبرات التطبيقية لكوادر هذه المؤسسات.