Deniz suyu yoğunluğu, birim hacimde bulunan kütledir ve öncelikle sıcaklık ve tuzluluk tarafından kontrol edilir; basıncın etkisi ise daha azdır. Soğuk, tuzlu su, sıcak, tatlı sudan daha yoğundur. Metreküp başına onda bir kilogram mertebesindeki küçük yoğunluk farkları bile okyanusun büyük ölçekli dolaşımını yönlendirmek için yeterlidir.

Okyanus bilimciler, uluslararası kabul görmüş hal denklemlerini kullanarak sıcaklık, tuzluluk ve basıncın hassas ölçümlerinden yoğunluğu hesaplarlar. Su kütlelerinin nasıl hareket ettiğini ve karıştığını anlamak için derinlik yüzeylerinden ziyade yoğunluk yüzeyleri doğal bir çerçeve oluşturur. Dikey yoğunluk tabakalaşması, su sütununun rüzgarlar veya iç dalgalar tarafından ne kadar kolay karıştırılabileceğini belirler.

Kutup bölgelerinde soğuma ve buz oluşumu, su batana kadar yoğunluğu artırır. Subtropikal bölgelerde ise buharlaşma, yüzeydeki tuzluluğu ve yoğunluğu yükseltir. Bu bölgesel yoğunluk değişiklikleri, nihayetinde küresel termohalin dolaşımını besler. Bu nedenle, doğru yoğunluk belirlemesi, okyanusun hem gözlemsel hem de modelleme çalışmalarında merkezi bir öneme sahiptir.

Yoğunluktaki binde bir oranındaki fark bile, birbirinden ayrı su kütlelerini ayırabilir ve bu kütleler onlarca yıl boyunca ayrı kalabilir.