Rozdíly v hustotě způsobené teplotou (termo) a slaností (halin) způsobují globální převracení oceánu. Studená, slaná voda vytvořená v polárních oblastech klesá a šíří se hlubokým oceánem, zatímco pomalejší výstup vody vrací vodu na povrch jinam. Tato termohalinní cirkulace, někdy nazývaná globální dopravníkový pás, přerozděluje teplo a uhlík v časových horizontech staletí.

Severní Atlantik je klíčovou oblastí pro formování hluboké vody; Jižní oceán kolem Antarktidy je další. Zpětný tok k povrchu je rozptýlený a stále není zcela zmapován. Změny v přísunu sladké vody v důsledku tajícího ledu nebo změněných srážek by mohly oslabit tvorbu husté vody a tím změnit cirkulaci s potenciálními klimatickými důsledky, zejména pro oblast severního Atlantiku.

Důkazy o minulých změnách termohalinní cirkulace pocházejí ze záznamů sedimentů a ledových jader. Moderní pozorování se spoléhají na hluboké kotvení, plováky a měření stopovačů. Modely různé složitosti simulují cirkulaci a její citlivost na působení vlivů. Systém je pomalý, ale nese obrovské objemy vody a tepla.

Vodní hromada, která se potopí v Severských mořích, může dokončit svůj koloběh až za tisíc let.