Różnice gęstości spowodowane temperaturą (termo) i zasoleniem (halinowym) powodują globalne przewracanie się oceanów. Zimna, słona woda uformowana w regionach polarnych opada i rozprzestrzenia się w głębi oceanu, podczas gdy wolniejsze wypiętrzanie się wód powierzchniowych odprowadza wodę na powierzchnię w innych miejscach. Ta cyrkulacja termohalinowa, czasami nazywana globalnym pasem transmisyjnym, redystrybuuje ciepło i węgiel w skali wieków.

Północny Atlantyk jest kluczowym regionem formowania się wód głębokich; Ocean Południowy wokół Antarktydy to kolejny. Przepływ powrotny w kierunku powierzchni jest rozproszony i wciąż nie w pełni zmapowany. Zmiany w dopływie wody słodkiej spowodowane topnieniem lodu lub zmianami opadów atmosferycznych mogą osłabić formowanie się gęstej wody, a tym samym zaburzyć cyrkulację, co może mieć potencjalne konsekwencje klimatyczne, szczególnie dla regionu północnego Atlantyku.

Dowody na dawne zmiany w cyrkulacji termohalinowej pochodzą z zapisów osadowych i rdzeni lodowych. Współczesne obserwacje opierają się na głębokich cumach, pływakach i pomiarach za pomocą znaczników. Modele o różnym stopniu złożoności symulują cyrkulację i jej wrażliwość na siły wymuszające. System jest powolny, ale przenosi ogromne ilości wody i ciepła.

Woda, która zatonęła w Morzach Nordyckich, może potrzebować tysiąca lat, aby okrążyć cały obszar.