Sıcaklık (termo) ve tuzluluk (halin) farklılıklarından kaynaklanan yoğunluk farkları, okyanusun küresel ölçekte alt üst olmasına neden olur. Kutup bölgelerinde oluşan soğuk, tuzlu su batar ve okyanusun derinliklerine yayılırken, daha yavaş yukarı doğru akıntılar suyu başka yerlerde yüzeye geri getirir. Bazen küresel taşıma bandı olarak da adlandırılan bu termohalin dolaşım, ısıyı ve karbonu yüzyıllar süren zaman ölçeklerinde yeniden dağıtır.

Kuzey Atlantik, derin suların oluşumu için önemli bir bölgedir; Antarktika çevresindeki Güney Okyanusu da bir diğeridir. Yüzeye doğru geri dönüş akışı dağılımlıdır ve henüz tam olarak haritalandırılmamıştır. Buz erimesinden veya değişen yağışlardan kaynaklanan tatlı su girdisindeki değişiklikler, yoğun su oluşumunu zayıflatabilir ve böylece dolaşımı değiştirebilir; bu da özellikle Kuzey Atlantik bölgesi için potansiyel iklim sonuçlarına yol açabilir.

Geçmişteki termohalin sirkülasyonundaki değişikliklere dair kanıtlar, tortul kayıtlarından ve buz çekirdeklerinden elde edilmektedir. Modern gözlemler, derin demirleme sistemleri, şamandıralar ve izleyici ölçümlerine dayanmaktadır. Değişken karmaşıklıkta modeller, sirkülasyonu ve zorlayıcı etkenlere karşı duyarlılığını simüle etmektedir. Sistem yavaş olmakla birlikte, muazzam miktarda su ve ısı taşımaktadır.

Kuzey denizlerinde batan bir su kütlesinin kendi yörüngesini tamamlaması bin yıl sürebilir.