音楽理論の観点からも、『海の幽霊』には極めて高度な技法が惜しみなく投入されています。共同編曲として迎えられた現代音楽の奇才・坂東祐大との緻密なコラボレーションにより、従来の歌謡曲的なサビの構造を解体するようなアプローチが取られました。
楽曲を特徴づけているのが、全編にわたって掛けられたボコーダー（ボーカルハーモナイザー）のエフェクト処理です。生々しい人間の声と、冷徹な機械音、そして複数の音程が重なり合うコーラスワークは、まさに「幽霊」あるいは「深海から響くクジラの鳴き声（ソング）」のような不気味さと神聖さを同時に生み出しています。
ピアノ楽譜やコード進行を解析すると、主和音に落ち着きそうで落ち着かない浮遊感のあるテンションコードが多用されており、調性が揺らぎながら深海へ沈降していく感覚が演出されています。そしてサビでは一転して、オーケストラのダイナミックなクレッシェンドとともに、爆発的なカタルシスが訪れます。
カラオケでの歌唱難易度は、米津玄師の全楽曲の中でも最難関クラスに位置づけられます。ウィスパー気味の繊細なAメロから、地声とファルセット（裏声）をシームレスに行き来するBメロ、そしてサビで必要とされる圧倒的な声量と息のコントロールなど、高度なミックスボイス技術が要求されます。
