Mật độ nước biển là khối lượng chứa trong một đơn vị thể tích và chủ yếu được kiểm soát bởi nhiệt độ và độ mặn, với ảnh hưởng nhỏ hơn từ áp suất. Nước lạnh, mặn có mật độ cao hơn nước ấm, ngọt. Ngay cả những khác biệt nhỏ về mật độ, chỉ khoảng vài phần mười kilogam trên mét khối, cũng đủ để thúc đẩy sự tuần hoàn quy mô lớn của đại dương.

Các nhà hải dương học tính toán mật độ từ các phép đo chính xác về nhiệt độ, độ mặn và áp suất bằng cách sử dụng các phương trình trạng thái được quốc tế chấp nhận. Mặt phân tầng mật độ, chứ không phải mặt phân tầng độ sâu, là khuôn khổ tự nhiên để hiểu cách các khối nước di chuyển và trộn lẫn. Sự phân tầng mật độ theo chiều dọc quyết định mức độ dễ dàng cột nước có thể bị trộn lẫn bởi gió hoặc sóng nội bộ.

Ở các vùng cực, sự lạnh đi và hình thành băng làm tăng mật độ cho đến khi nước chìm xuống. Ở vùng cận nhiệt đới, sự bay hơi làm tăng độ mặn và mật độ ở bề mặt. Những thay đổi mật độ theo vùng này cuối cùng thúc đẩy sự tuần hoàn nhiệt muối toàn cầu. Do đó, việc xác định mật độ chính xác là rất quan trọng đối với cả các nghiên cứu quan sát và mô hình hóa về đại dương.

Chỉ cần chênh lệch một phần nghìn về mật độ cũng có thể phân tách các khối nước riêng biệt, và sự phân tách này vẫn tồn tại trong nhiều thập kỷ.