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  深海中的洋流主要是倚仗密度的差額來驅動,並且潮汐現象引發的洋流運動亦會對深海洋流帶來顯著的影響。至於表面的洋流帶會因為密度的差異而與其他的水域劃清界線。暖流會膨脹致使密度下降,高濃度的鹽則會填補水分子間的空隙導致密度上升,低密度的水會浮在高密度的上方。當高密度的水先形成,分層形態並不穩定的,為了均衡其密度分佈,不同密度的水會相互產生對流,提供了深海洋流的動能。溫鹽環流的消失是二疊紀-三疊紀滅絕事件的一環。

  高密度的水幾乎都集中在北大西洋及南冰洋下沉至海底深處的洋盆,在這些極地的洋域,表面洋帶的水都會因為寒風吹襲而冷卻,這些風不單帶動表面洋帶移動,所引起的乾溼溫差還會構成大規模的海水蒸發,海水因吸收了周圍的能量而成為水的蒸散熱,加速水溫下降,這個現象類似人體在溼熱的環境下排汗降溫的原理,人稱「蒸散冷卻」作用。由於被蒸發走的是純水的分子,海水中的鹽度會相對地上升。另海洋上冰的構成亦對海鹽的濃度帶來不可忽視的影響,由於純水的凝固點是攝氏0度,比鹽水的零下1.8度要高,因此純水往往會比鹹水優先結冰,增加了的鹽度減弱了海水凝固的速度,如此寒冷的濃鹽水會被包含在海冰的蜂巢狀之結構中,當中的濃鹽水逐漸地反過來熔解覆蓋著它的冰層,最後將一部分冰塊從母冰塊分裂出並下沈,這個過程叫做海水排斥。水溫和鹽度這兩大因素加起來導致海水的密度增大。

  挪威海是這個系統主要進行蒸發冷卻及洋帶下沈的場地,在此處下沈的水被稱為「北大西洋深層水」(North Atlantic Deep Water,英文縮寫:NADW)。NADW充滿著洋盆並沿著連線格林蘭島、冰島及大不列顛海底岩床的裂隙,也就是大西洋洋中脊溢流向南方。接著極緩慢地流入大西洋深海平原,繼續向南方推進。繞過南非後寒流帶會一分為二,一部分的水會將寒流帶往印度洋並在該處湧升,另外一部分部分經歷最長的一個週期的洋流最終會抵達北太平洋,受到淺而狹窄的白令海峽阻塞然後因為受熱上湧變回暖流繼而迴圈。  「南極底層水」(Antarctic Bottom Water,英文縮寫:AABW)在威德爾海以冰塊的海水排斥作用下沈並流向北方的大西洋洋盆,由於其密度比NADW更高所以AABW實際上潛流在NADW之下。它原本向西太平洋的旅程在德雷克海峽受阻繼而沿著南美洲東岸的蓋亞那洋盆向大西洋赤道進發。
溫鹽環流(英文:thermohaline circulation、縮寫:THC),又稱深海洋流、「輸送洋流」、「深海環流」等,是一個依靠海水的溫度和鹽度驅動的全球洋流迴圈系統。這個系統的運作現況是,以風力驅動的海面水流如墨西哥灣暖流等將赤道的暖流帶往北大西洋,即北大西洋暖流,暖流在高緯度處被冷卻後下沉到海底,這些高密度的水接著流入洋盆南下前往其他的暖洋位加熱迴圈,一次溫鹽迴圈耗時大約1600年,在這個過程中洋流運輸的不單是能量(溫度 / 熱能),當中還包括地球固態及氣體資源等,不過溫鹽環流最受人類關注的是其全球恆溫的功能。溫鹽環流推測主要是由於北大西洋及南冰洋之間的鹽分及溫差對流而觸發的。