L’eau à la surface des océans bénéficie d’un apport important de chaleur sous les tropiques qui lui permet d’atteindre des températures entre 25 et 30°C, alors que, dans les régions polaires, les eaux atteignent la température de congélation de l’eau de mer voisine de –2°C (la présence de sel dans l’eau explique une température de congélation de l’eau de mer différente de celle de l’eau douce qui est de 0°C). Sur plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres, une couche d’eau appelée thermocline prend une température homogène, proche de celle de la surface grâce à l’action du vent en surface et des vagues. Au-delà de cette couche, les échanges de masse et d’énergie sont très réduits : ce sont ainsi des eaux froides et denses qui composent la majeure partie de l'océan. La source de ces eaux est constituée par les zones de l'océan où les eaux de surface devenues froides et salées (et donc très denses) plongent par gravité à 2000 ou 3000 m de profondeur, sous les eaux chaudes et moins salées : elles emplissent les fonds océaniques dont la température, voisine de 0 à 2°C varie peu des pôles à l’équateur. Ces régions sont peu nombreuses et sont situées aux hautes latitudes, principalement en atlantique nord en mer du Labrador, au large du Groenland, de la Norvège et pour une moindre part en mer de Wedell.
Le lent brassage des océans a été représenté par les océanographes par un «tapis roulant» à l’échelle du globe. Ces eaux profondes, qui prennent principalement naissance en Atlantique nord, s’écoulent en direction de l’Atlantique sud. Vers 60° S, ces eaux profondes sont entraînées d’ouest en est par le courant circumpolaire Antarctique et se répandent ensuite dans le Pacifique sud puis dans le Pacifique et l’océan Indien. Le retour de cette grande circulation dans l’Atlantique nord s’effectue via des courants chauds, proches de la surface dont la circulation est liée à la circulation atmosphérique. Ce brassage des eaux profondes provenant de l’océan Arctique et leur arrivée dans le Pacifique peut s’étaler de plusieurs centaines à un millier d’années.
L’intensité de cette circulation et les lieux de formations d’eau profonde varient entre périodes glaciaires et périodes interglaciaires.