L'objectif principal de la mission Sentinel-3 est de mesurer la topographie de surface de l'océan, la température de surface du sol et de l'océan, et la couleur de surface du sol et de l'océan avec une haute précision et une grande fiabilité pour fournir les systèmes de prévision des océans, la surveillance environnementale et climatique.
Parmi les services liés à l'océan attendus de Sentinel-3, on peut citer la prévision numérique des océans, la sécurité en mer, la surveillance des zones côtières, de l'océan hauturier et des glaces. Les missions de Sentinel-3 s'appliquent également aux surfaces terrestres et à la cryosphère. Dans chacun de ces domaines, les variables majeures sont : la hauteur de la surface des océans (SSH), la température de surface (SST), la couleur de l'océan (OC), la couleur des sols (LC), le niveau de la surface des rivières et des lacs, le niveau et l'épaisseur des glaces de mer flottantes.
Le Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS) distribuera les données Sentinel-3 pour les centres océanographiques opérationnels.