Cuando las aguas superficiales convergen o se vuelven más densas por enfriamiento o evaporación, se hunden. Este movimiento descendente se denomina afloramiento. Transporta oxígeno, calor y carbono disuelto hacia el interior del océano y contribuye a cerrar la circulación global al devolver el agua que previamente había aflorado en otras zonas.

El hundimiento costero se produce cuando los vientos empujan el agua superficial hacia la costa, acumulándola y obligándola a descender. El hundimiento en mar abierto es común en los giros subtropicales donde converge el transporte de Ekman. En los mares polares y subpolares, el intenso enfriamiento invernal produce agua densa que se hunde a gran profundidad, alimentando la rama profunda de la circulación de vuelco.

Las zonas de afloramiento suelen ser menos productivas en la superficie debido a la falta de aporte de nutrientes desde las profundidades. Sin embargo, son fundamentales para la ventilación del océano profundo y para la captura de carbono antropogénico. Observar el afloramiento directamente es difícil; su presencia se infiere a partir de la estructura de densidad, la distribución de trazadores y la divergencia de las corrientes horizontales.

Una masa de agua que se hunde en el Atlántico Norte puede no volver a la superficie durante siglos.