Khi nước mặt hội tụ hoặc trở nên đặc hơn do nguội đi hoặc bay hơi, chúng sẽ chìm xuống. Sự chuyển động xuống này được gọi là dòng chảy xuống (downwelling). Nó mang theo oxy, nhiệt và carbon hòa tan vào lòng đại dương và giúp khép kín chu trình tuần hoàn toàn cầu bằng cách đưa nước đã trồi lên ở nơi khác trở lại.

Hiện tượng nước chìm ven biển xảy ra khi gió đẩy nước mặt về phía bờ, tích tụ lại và đẩy xuống dưới. Hiện tượng nước chìm ở đại dương mở phổ biến ở các xoáy nước cận nhiệt đới nơi sự vận chuyển Ekman hội tụ. Ở các vùng biển cực và cận cực, sự lạnh giá dữ dội vào mùa đông tạo ra nước có mật độ cao, chìm xuống độ sâu lớn, cung cấp nước cho nhánh sâu của vòng tuần hoàn đối lưu.

Các vùng nước chìm thường có năng suất sinh học bề mặt thấp hơn vì chất dinh dưỡng không được bổ sung từ bên dưới. Tuy nhiên, chúng lại rất quan trọng đối với việc thông khí cho đại dương sâu và cô lập carbon do con người tạo ra. Quan sát trực tiếp hiện tượng nước chìm rất khó; sự hiện diện của nó được suy luận từ cấu trúc mật độ, sự phân bố chất đánh dấu và sự phân kỳ của các dòng hải lưu ngang.

Một khối nước chìm xuống ở Bắc Đại Tây Dương có thể không nổi lên mặt nước trong nhiều thế kỷ.