Различия в плотности, вызванные температурой (термо) и соленостью (галин), приводят к глобальному перемешиванию океана. Холодная соленая вода, образующаяся в полярных регионах, опускается и распространяется по глубоководным слоям океана, в то время как более медленный подъем воды возвращает ее на поверхность в других местах. Эта термохалинная циркуляция, которую иногда называют глобальным конвейером, перераспределяет тепло и углерод в масштабах столетий.

Северная Атлантика является ключевым регионом формирования глубинных вод; Южный океан вокруг Антарктиды — еще один такой регион. Обратный поток к поверхности распределен и до сих пор изучен не полностью. Изменения в поступлении пресной воды в результате таяния льда или изменения количества осадков могут ослабить формирование плотных вод и тем самым изменить циркуляцию, что может иметь потенциальные климатические последствия, особенно для региона Северной Атлантики.

Свидетельства прошлых изменений термохалинной циркуляции получены из осадочных отложений и ледяных кернов. Современные наблюдения основаны на глубоководных якорных станциях, поплавках и измерениях с помощью трассеров. Модели различной сложности имитируют циркуляцию и ее чувствительность к внешним воздействиям. Система работает медленно, но переносит огромные объемы воды и тепла.

Водяной поток, опустившийся в Северных морях, может совершить полный оборот за тысячу лет.