Sự khác biệt về mật độ do nhiệt độ (nhiệt) và độ mặn (độ mặn) gây ra sự tuần hoàn toàn cầu của đại dương. Nước lạnh, mặn hình thành ở vùng cực chìm xuống và lan rộng khắp đại dương sâu, trong khi sự trồi lên chậm hơn đưa nước trở lại bề mặt ở những nơi khác. Sự tuần hoàn nhiệt muối này, đôi khi được gọi là vành đai vận chuyển toàn cầu, phân phối lại nhiệt và carbon trên thang thời gian hàng thế kỷ.

Bắc Đại Tây Dương là khu vực hình thành nước sâu quan trọng; Nam Đại Dương xung quanh Nam Cực là một khu vực khác. Dòng chảy ngược lên bề mặt phân bố rộng rãi và vẫn chưa được lập bản đồ đầy đủ. Sự thay đổi lượng nước ngọt từ băng tan hoặc lượng mưa thay đổi có thể làm suy yếu sự hình thành nước đậm đặc và do đó làm thay đổi sự lưu thông, với những hậu quả tiềm tàng về khí hậu, đặc biệt là đối với khu vực Bắc Đại Tây Dương.

Bằng chứng về những thay đổi trong quá khứ của sự tuần hoàn nhiệt muối đến từ các ghi chép trầm tích và lõi băng. Các quan sát hiện đại dựa vào các phao neo sâu, phao nổi và các phép đo chất đánh dấu. Các mô hình với độ phức tạp khác nhau mô phỏng sự tuần hoàn và độ nhạy của nó đối với các tác động. Hệ thống này diễn ra chậm nhưng mang theo một lượng nước và nhiệt khổng lồ.

Một khối nước chìm xuống ở Biển Bắc Âu có thể mất cả nghìn năm để hoàn thành một vòng quay.