Các dòng hải lưu hiếm khi chảy theo đường thẳng. Chúng uốn khúc và thường xuyên tách ra thành những khối nước xoay tròn gọi là xoáy nước. Những xoáy nước này có kích thước từ vài ki-lô-mét đến hàng trăm ki-lô-mét và có thể tồn tại trong nhiều tháng, mang theo nhiệt, muối, chất dinh dưỡng và sinh vật đi xa khỏi nơi chúng xuất phát.

Các xoáy nước quy mô trung bình, tương tự như các hệ thống thời tiết trên đại dương, chi phối động năng của đại dương. Chúng có thể được nhìn thấy trên bản đồ độ cao và nhiệt độ mặt biển từ vệ tinh dưới dạng các dị thường hình tròn. Các xoáy thuận và xoáy nghịch có tác động trái ngược nhau đến tầng nhiệt và năng suất sinh học; một số xoáy nâng chất dinh dưỡng và kích thích sự phát triển của thực vật phù du ở rìa hoặc trung tâm của chúng.

Các xoáy nước khuấy động đại dương, góp phần vào sự trộn lẫn và vận chuyển các đặc tính dọc theo các dòng chảy trung bình. Chúng làm phức tạp việc giải thích các quan sát thưa thớt và cần được thể hiện hoặc tham số hóa trong các mô hình khí hậu. Dữ liệu vệ tinh độ phân giải cao và phao tự hành đã cải thiện đáng kể khả năng theo dõi các xoáy nước riêng lẻ và định lượng tác động tích lũy của chúng.

Một xoáy nước lớn duy nhất có thể vận chuyển lượng nước nhiều hơn nhiều so với tổng lượng nước của nhiều con sông lớn trên thế giới cộng lại.