温度（熱）と塩分（塩分）の違いによって生じる密度差は、地球規模の海洋循環を引き起こします。極地で形成された冷たく塩分の多い水は沈み込み、深海へと広がり、一方、他の地域ではより緩やかな湧昇によって水が表層へと戻ります。この熱塩循環は、時に地球規模のコンベヤーベルトとも呼ばれ、数世紀という時間スケールで熱と炭素を再分配します。

北大西洋は深層水の形成において重要な地域であり、南極周辺の南極海も同様である。表層への還流は広範囲に分布しており、その全容はまだ完全には解明されていない。氷の融解による淡水流入量の変化や降水量の変化は、高密度水の形成を弱め、それによって循環を変化させる可能性があり、特に北大西洋地域において気候変動に影響を与える可能性がある。

熱塩循環の過去の変化を示す証拠は、堆積物記録や氷床コアから得られている。現代の観測は、深海係留装置、フロート、トレーサー測定に依存している。様々な複雑さのモデルが、循環とその外力に対する感度をシミュレートしている。このシステムはゆっくりとした動きだが、膨大な量の水と熱を運んでいる。

北欧の海に沈んだ水塊は、一周するのに千年かかることもある。