當表層海水匯聚或因冷卻或蒸發而密度增加時，它們會下沉。這種下沉運動稱為下沉流。它將氧氣、熱量和溶解的碳帶入海洋內部，並將先前在其他地方上升的水流返回，從而幫助關閉全球環流。

當風將表層海水吹向海岸，使其堆積並向下流動時，就會發生沿岸下沉流。在埃克曼輸送匯集的亞熱帶環流區，開闊海洋的下沉流十分常見。在極地和亞極地海域，冬季強烈的降溫會產生高密度海水，這些海水會下沉到很深的海域，為翻轉環流的深層支提供水源。

下沉流區域的表層生產力通常較低，因為營養素無法從下方補充。然而，它們對於深海的通風和人為碳的封存至關重要。直接觀測下沉流十分困難；其存在是透過密度結構、示蹤劑分佈和水平流的輻散來推斷的。

北大西洋下沉的海水可能數百年都不會回到海面。