El hinojo marino (L.) es una halófita de crecimiento silvestre utilizada en la cocina, la medicina tradicional o productos cosméticos por su valioso valor nutritivo y agradables características sensoriales. Este estudio tuvo como objetivo investigar los aceites esenciales (AE) del hinojo marino de diferentes partes de la planta (flores, hojas y tallos) y los subproductos de la hidrodestilación correspondientes (agua residual) para validar su posible uso y aplicación en diferentes industrias. Los AE fueron analizados mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM), mientras que el perfil fenólico del agua residual fue analizado mediante cromatografía líquida de alta resolución (CLAR) y métodos espectrofotométricos. El análisis de AE confirmó la presencia de 14 compuestos, dominados por sabineno (del 42.55 al 51.47%) y limoneno (del 36.28 al 43.58%), mientras que entre los 12 fenólicos detectados, el ácido clorogénico y sus isómeros (ácido criptoclorogénico y ácido neoclorogénico) se encontraron en las concentraciones más altas. Los contenidos totales de fenoles, flavonoides y taninos se concentraron en el orden flores > hojas > tallos. Aunque las muestras de hinojo marino mostraron diferencias en los perfiles químicos, en general eran ricas en compuestos bioactivos con cantidades relativamente altas de compuestos clave con buenas propiedades biológicas ya comprobadas, especialmente en aguas residuales, lo que indica un gran potencial para su reutilización de acuerdo con las tendencias de tecnología de procesamiento ecológico.