Existe transferencia de moméntum al océano a través de los vientos superficiales, que a su vez movilizan las corrientes oceánicas superficiales globales. Estas corrientes ayudan en la transferencia latitudinal del calor, de manera análoga a como lo realiza la atmósfera. Las aguas cálidas se movilizan hacia los polos y viceversa.

La energía también es transferida a través de la evaporación. El agua que se evapora de la superficie oceánica almacena calor latente que es luego liberado cuando el vapor se condensa formando nubes y precipitaciones.

Contenido de calor en las capas superiores e intermedias de los océanos globales (0–2,000 m) expresado en zettajulios (1 ZJ = 10²¹ Joules) respecto al promedio 1981–2010 (Cheng et al. / IAP-CAS, NOAA NCEI). A partir de 2005, el despliegue del sistema global de más de 3,900 boyas autónomas Argo revolucionó la precisión de las mediciones, confirmando récords sucesivos anuales e ininterrumpidos de acumulación energética (>345 ZJ acumulados).

Lo verdaderamente determinante de los océanos es que absorben y almacenan más del 90 % del exceso de energía generado por el desequilibrio radiactivo terrestre inducido por los gases de efecto invernadero (mientras que la atmósfera absorbe menos del 3 %). Esto se debe a la inmensa capacidad calórica del agua marina (más de 4,000 veces la capacidad volumétrica del aire) y a su enorme masa y densidad.

La estructura vertical de los océanos puede dividirse en dos grandes dominios que difieren en su escala de interacción con la atmósfera: la capa de mezcla superficial y las aguas intermedias y profundas. La capa superficial se extiende desde la superficie hasta unos 100 a 200 m en zonas tropicales y templadas, y varios cientos de metros en altas latitudes. Por debajo de la termoclina, las aguas profundas abarcan la gran mayoría del volumen oceánico.

Dado este enorme almacenamiento térmico, los océanos actúan como el gran moderador e inercia del sistema climático: la acumulación de calor en sus primeros 2,000 metros continúa elevando el nivel medio del mar por expansión térmica (efecto termostérico) y acidificando las aguas al absorber simultáneamente alrededor del 25 % de las emisiones humanas de dióxido de carbono.

El intercambio de energía también ocurre verticalmente, entre la Capa Frontera y las aguas profundas. La sal contenida en las aguas marinas se mantiene disuelta en ella al momento de formarse el hielo en los polos, esto aumenta la salinidad del océano.

Estas aguas frías y salinas son particularmente densas y se hunden, transportando en ellas una cantidad considerable de energía. Para mantener el equilibrio en el flujo de masas de agua existe una circulación global termohalina, que también juega un rol muy importante en la regulación del clima global (GCCIP, 1997).