Die Zirkulation des Ozeans kann man sich vereinfacht als ein System von Förderbändern großräumiger Meeresströmungen vorstellen. Angetrieben werden diese durch die Gezeitenkräfte, den Wind und durch Dichteänderungen der Wassermassen, die mit Temperatur- und Salzgehaltsänderungen einhergehen.

Diese sogenannte "thermohaline Zirkulation" beschreibt wie beispielsweise mit dem Golfstrom warmes und aufgrund der hohen Verdunstung in den Subtropen salzreiches Oberflächenwasser in den Nordatlantik transportiert wird. Dort kühlt es ab und der mitgebrachte hohe Salzgehalt wird durch die Bildung von Meereis, das selber praktisch salzfrei ist, noch weiter erhöht. Das verleiht den verbleibenden Wassermassen eine so hohe Dichte, dass sie in gewaltigen Mengen bis in Tiefen von zwei bis drei Kilometern absinken. Diese Absinkvorgänge wirken wie ein Sog und ziehen immer neue, warme und salzreiche Wassermassen aus der Karibik nach Norden. Somit liegt ein wichtiger Motor der thermohalinen Zirkulation im Nordatlantik. Am Beispiel des Golfstromes wird darüber hinaus deutlich wie mit den Wassermassen ebenfalls ein erheblicher Transport von Wärme aus der Karibik in Richtung Norden stattfindet und so ein relativ mildes Klima in Europa möglich wird. Entsprechend haben Veränderungen in der Ozean-Zirkulation, beispielsweise des Golfstroms, direkte Auswirkungen auf das Klima. Der Ozean nimmt dabei Einfluss sowohl auf die Atmosphäre als auch die Kontinente und bewirkt u.a. Änderungen im Monsun- und Passatwindsystem, der El Nino-Oszillation, der globalen Verbreitung von CO₂ in den Ozeanen oder Niederschlägen und Verdunstung.

Die Ozeanzirkulation ist zudem wichtig für den Transport und die weltweite Verteilung von Kohlenstoff, Nährstoffen und Spurenelementen. Da sich CO2 im Oberflächenwasser löst, hat der Ozean bislang ungefähr 25% der anthropogenen CO₂-Emissionen aufgenommen. Diese werden im Wasserkörper und in den Meeressedimenten gespeichert , nachdem die Wassermassen abesunken sind. In den sonnendurchdrungenen Oberflächenschichten binden marine Mikroalgen Kohlen-und Nährstoffe – und zwar etwa 50% der globalen Biomasseproduktion. In Bereichen mit intensivem Tiefenwasserauftrieb, wie zum Beispiel in der Peru-Chile Strömung im östlichen Pazifik, stellt hohe Phytoplanktonproduktivität eine Nahrungsquelle für Fische und andere marine Lebewesen  dar, was die Region traditionell zu einem wichtigen Nahrungsmittellieferanten für große Teile der Weltbevölkerung  macht.

Vorhersagen aus bereits bestehenden Klimamodellen sagen für die kommenden hundert Jahre eine Abschwächung der Tiefenwasserbildung, d.h. des Motors der Ozeanzirkulation voraus, wenn die Temperaturen an der Erdoberfläche durch die Treibhausgase weiter ansteigen. Erste Hinweise sind bereits heute messbar - so haben sich in den letzten 20 Jahren die Meere auf der Nordhalbkugel und im Westpazifik erwärmt, während sie sich auf der Südhalbkugel und im Ostpazifik abgekühlt haben. Derartige Temperaturänderungen im Ozean werden sich auch langfristig auf das Landklima auswirken wie z.B. auf die Niederschläge in den Tropen.

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