As diferenças de densidade provocadas pela temperatura (termo) e pela salinidade (halina) impulsionam uma circulação global dos oceanos. A água fria e salgada formada nas regiões polares afunda e espalha-se pelas profundezas do oceano, enquanto uma ressurgência mais lenta traz a água de volta à superfície noutras regiões. Esta circulação termohalina, por vezes chamada de correia transportadora global, redistribui o calor e o carbono em escalas de tempo de séculos.

O Atlântico Norte é uma região fundamental para a formação de águas profundas; o Oceano Antártico, em redor da Antártida, é outra. O fluxo de retorno em direção à superfície é distribuído e ainda não está completamente mapeado. Alterações no aporte de água doce proveniente do degelo ou de alterações na precipitação podem enfraquecer a formação de águas densas e, assim, alterar a circulação, com potenciais consequências climáticas, especialmente para a região do Atlântico Norte.

As evidências de alterações passadas na circulação termohalina provêm de registos sedimentares e de núcleos de gelo. As observações modernas baseiam-se em amarrações profundas, bóias e medições com traçadores. Os modelos de complexidade variável simulam a circulação e a sua sensibilidade a forças externas. O sistema é lento, mas transporta imensos volumes de água e calor.

Uma porção de água que se afunda nos mares nórdicos pode demorar mil anos a completar o seu circuito.