溫度（溫鹽環流）和鹽度（鹽度環流）造成的密度差異驅動全球海洋的翻轉。極地地區形成的冷高鹽海水下沉並擴散到深海，而其他地區則以較慢的上升流將海水帶回海面。這種溫鹽環流，有時被稱為全球傳送帶，在數百年的時間尺度上重新分配熱量和碳。

北大西洋是深層水形成的關鍵區域；南極洲周圍的南大洋也是如此。回流至地表的環流分佈廣泛，目前尚未完全繪製成圖。冰川融化或降水變化導致的淡水輸入量變化可能會削弱高密度水的形成，從而改變環流，並可能對氣候產生影響，尤其對北大西洋地區而言。

過去溫鹽環流變化的證據來自沉積物記錄和冰芯。現代觀測依賴深海繫泊、浮標和示踪劑測量。不同複雜程度的模型可以模擬環流及其對外部作用力的敏感度。系統運動緩慢，但輸送著巨大的水量和熱量。

沉入北歐海域的水團可能需要一千年才能完成其循環。