Tetthetsforskjeller forårsaket av temperatur (termo) og saltinnhold (halin) driver en global skala for havsirkulasjon. Kaldt, salt vann dannet i polarområdene synker og sprer seg gjennom dyphavet, mens langsommere oppstrømning fører vann tilbake til overflaten andre steder. Denne termohaline sirkulasjonen, noen ganger kalt det globale transportbåndet, omfordeler varme og karbon over tidsskalaer på århundrer.

Nord-Atlanteren er et sentralt dannelsesområde for dypt vann; Sørishavet rundt Antarktis er et annet. Returstrømmen mot overflaten er distribuert og fortsatt ufullstendig kartlagt. Endringer i ferskvannstilførsel fra smeltende is eller endret nedbør kan svekke dannelsen av tett vann og dermed endre sirkulasjonen, med potensielle klimakonsekvenser spesielt for Nord-Atlanterhavsregionen.

Bevis for tidligere endringer i termohalin sirkulasjon kommer fra sedimentregistreringer og iskjerner. Moderne observasjoner er avhengige av dype fortøyninger, flytemidler og sporstoffmålinger. Modeller av varierende kompleksitet simulerer sirkulasjonen og dens følsomhet for påvirkning. Systemet er tregt, men bærer enorme mengder vann og varme.

En vannparsell som synker i De nordiske hav, kan bruke tusen år på å fullføre kretsløpet sitt.