Lorsque les eaux de surface convergent ou deviennent plus denses par refroidissement ou évaporation, elles plongent. Ce mouvement descendant est appelé plongée des eaux. Il transporte de l'oxygène, de la chaleur et du carbone dissous vers les profondeurs océaniques et contribue à la fermeture de la circulation océanique globale en ramenant à la surface des eaux qui remontaient auparavant ailleurs.

La plongée des eaux côtières se produit lorsque les vents poussent les eaux de surface vers le rivage, les accumulant et les forçant à s'enfoncer. La plongée des eaux en haute mer est fréquente dans les gyres subtropicales où converge le transport d'Ekman. Dans les mers polaires et subpolaires, le refroidissement hivernal intense produit des eaux denses qui plongent à de grandes profondeurs, alimentant la branche profonde de la circulation de retournement.

Les zones de plongée sont souvent moins productives en surface, car les nutriments ne sont pas renouvelés depuis les profondeurs. Elles sont néanmoins essentielles à la ventilation des océans profonds et à la séquestration du carbone anthropique. L'observation directe de ces zones est difficile ; leur présence est déduite de la structure de densité, de la distribution des traceurs et de la divergence des courants horizontaux.

Une masse d'eau qui plonge dans l'Atlantique Nord peut ne pas remonter à la surface pendant des siècles.