Les courants océaniques suivent rarement des lignes droites. Ils serpentent et forment fréquemment des masses d'eau en rotation appelées tourbillons. Ces formations peuvent mesurer de quelques kilomètres à plusieurs centaines de kilomètres de diamètre et persister pendant des mois, transportant chaleur, sel, nutriments et organismes loin de leur point d'origine.

Les tourbillons de mésoéchelle, analogues océaniques des systèmes météorologiques, dominent l'énergie cinétique de l'océan. Ils sont visibles sur les cartes satellitaires de la hauteur et de la température de la surface de la mer sous forme d'anomalies circulaires. Les tourbillons cycloniques et anticycloniques ont des effets opposés sur la thermocline et la productivité biologique ; certains transportent des nutriments et stimulent la croissance du phytoplancton à leurs périphéries ou en leur centre.

Les tourbillons brassent l'océan, contribuant au mélange et au transport de propriétés au-delà des courants moyens. Ils complexifient l'interprétation d'observations éparses et doivent être représentés ou paramétrés dans les modèles climatiques. Les données satellitaires à haute résolution et les flotteurs autonomes ont considérablement amélioré la capacité à suivre les tourbillons individuels et à quantifier leur impact cumulatif.

Un seul grand tourbillon peut transporter plus d'eau que bon nombre des plus grands fleuves du monde réunis.