Las diferencias de densidad causadas por la temperatura (termo) y la salinidad (halina) impulsan una circulación oceánica a escala global. El agua fría y salada que se forma en las regiones polares se hunde y se extiende por las profundidades oceánicas, mientras que en otras zonas el afloramiento, más lento, devuelve el agua a la superficie. Esta circulación termohalina, a veces denominada cinta transportadora global, redistribuye el calor y el carbono en escalas de tiempo de siglos.

El Atlántico Norte es una región clave para la formación de aguas profundas; el Océano Austral, alrededor de la Antártida, es otra. El flujo de retorno hacia la superficie está distribuido y aún no se ha cartografiado por completo. Los cambios en el aporte de agua dulce proveniente del deshielo o de las alteraciones en las precipitaciones podrían debilitar la formación de aguas densas y, por lo tanto, modificar la circulación, con posibles consecuencias climáticas, especialmente para la región del Atlántico Norte.

La evidencia de cambios pasados ​​en la circulación termohalina proviene de registros de sedimentos y núcleos de hielo. Las observaciones modernas se basan en amarres profundos, boyas y mediciones de trazadores. Modelos de complejidad variable simulan la circulación y su sensibilidad a las fuerzas externas. El sistema es lento, pero transporta enormes volúmenes de agua y calor.

Una masa de agua que se hunde en los mares nórdicos puede tardar mil años en completar su recorrido.