Dünya okyanusları, Dünya yüzeyinin yaklaşık 3/4’ünü oluşturur, bu nedenle okyanuslar, kara yüzeyinin yaptıklarına kıyasla Güneş’ten gelen radyasyon enerjisinin çoğunu emer. Güneş radyasyonu kara kütleleri, hava ve okyanus tarafından farklı oranlarda emilir. Dünya yüzeyinde, atmosferde ve okyanusta enerji transferi radyasyon, konveksiyon ve iletim süreçleri ile gerçekleşir. Okyanus, kara yüzeylerinden daha fazla ısı depolamak için muazzam bir kapasiteye sahiptir, bu nedenle Dünya’nın havasında ve uzun vadeli iklim değişikliğinde önemli bir rol oynar.
Hem okyanus hem de atmosfer, dünyadaki ısı transferini etkiler. Rüzgar ve okyanus akıntısı sirkülasyonu, ılık yüzey okyanus suyunu kutuplara ve soğuk derin su ve yüzey havasını ekvatora geri taşır. Gulf Stream gibi büyük okyanus akıntıları, büyük miktarda ısıyı Arktik’e taşır ve birçok hava modelini etkiler. Gulf Stream, sıcak yüzey okyanus suyunu Meksika Körfezi’nden kuzey Atlantik’e taşıyan bir okyanus akıntısıdır ve kuzey Avrupa’nın, aksi takdirde soğuk olacak olan sıcak havasından sorumlu olduğuna inanılmaktadır.
Esas olarak atmosferik rüzgarlar tarafından yönlendirilen okyanus akıntıları, tropik bölgelerden kutuplara ısı aktararak Dünya’nın iklimini büyük ölçüde etkiler. Okyanus, sıcak suyu kuzey Atlantik’e ve soğuk suyu tropik bölgelere geri pompalayarak büyük miktarda ısıyı dağıtır. Bu mevcut modeller, Avrupa ve Yeni Zelanda’nın bazı kısımlarını sıcak ve güney Kaliforniya ve Peru gibi bölgeleri soğuk tutuyor. Okyanus akıntıları atmosfer sıcaklığını etkiler, örneğin okyanus suyunun atmosferdeki buharlaşması siklon ve kasırgalar oluşturmak için gerekli enerjiyi sağlar.
Okyanus yeterince ısıyı emdiğinde ve daha düşük sıcaklıktaki bir hava akımıyla temas ettiğinde, her ikisi de benzer sıcaklıklar elde edene kadar ısı daha soğuk nesneye aktarılır. Okyanus ayrıca yağışla temas ettiğinde depolanan enerjiyi serbest bırakır. Güneş radyasyonu okyanus havasını ve karayı farklı şekilde ısıtır ve aralarındaki ısı transferi farklı sıcaklık ve yoğunlukta hava katmanlarının oluşmasına yol açar. Bu katmanlar yükselir ve düşer, Dünya’nın dönüşünden etkilenen konveksiyon akımları yaratır ve sonunda kuvvetli rüzgarlara, fırtınalara ve okyanus akıntılarına neden olur.
Su döngüsü nedeniyle meydana gelen okyanus buharlaşması, dünyadaki en fazla yağışı oluşturur. Okyanus, deniz suyunun buharlaşması yoluyla termal enerji sağlar. Su buharlaştıkça yükselir ve atmosferde soğur. Hava akımları su buharını gezegenin etrafında hareket ettirir. Su buharı yoğunlaşır ve yağmur, buz veya kar olarak yeryüzüne geri düşer. Su göllerde, nehirlerde, karada ve okyanusta toplanır. Sonunda toplanan su okyanusta biter. Isı şeklinde bir enerji alışverişini içeren su döngüsü, Dünya çevresindeki iklimi etkileyen sıcaklık değişimlerini içerir.
Okyanus, kısa vadeli hava değişimlerinde ve uzun vadeli iklim değişikliğinde önemli bir rol oynar. Okyanus, ısıyı depolamak için büyük bir kapasiteye sahiptir. Okyanus yüzeyinin en üst sekiz ayağının tüm atmosfer kadar ısı tutabileceği tahmin ediliyor. Okyanus ayrıca atmosfere salınan karbondioksitin (CO2) çoğunu alır ve böylece küresel ısınmayı etkiler. Okyanusun, antropojenik kaynaklı CO2 emisyonlarının yaklaşık dörtte birinden yarısına kadarını emdiği tahmin edilmektedir. Bu, okyanusun pH’ını düşürür ve okyanus sularının asitleşmesine yol açar.
Okyanustaki buz da küresel iklimi büyük ölçüde etkiler. Güneşten gelen radyasyon kutuplardaki buz tabakalarının üzerine düştüğünde atmosfere geri yansır. Böylece, Dünya’nın sıcaklığını korumaya yardımcı olan bir ısı kalkanı görevi görür, ancak buz tabakaları eridiğinde, okyanus daha büyük bir yüzey alanı elde eder, Güneş’ten daha fazla enerji emer ve daha sıcak ve daha az tuzlu hale gelir. Daha büyük bir okyanus hacmi, daha fazla CO2 konsantrasyonunun emilmesine yol açarak deniz biyolojik çeşitliliğini ve insan yaşamını tehdit eder.
Okyanusta ısı emilimi deniz seviyelerinin yükselmesine neden olur. Okyanus suyu ısındıkça genişler ve okyanus yüzeyinin yükselmesine neden olur. Okyanustaki aşırı ısının çoğunun sadece birkaç yüz metre derinlikte yüzeyin bir tabakasında biriktiği tahmin ediliyor. Yakın gelecekte, bu ısı daha derinlere yayılacak ve okyanusun daha fazla genişlemesine yol açacak. Bu, kıyı bölgelerini ve ilgili faaliyetleri etkileyecektir. Araştırmalar, deniz seviyesinin önümüzdeki yüz yıl içinde 1/2 metreden bir metreye yükseleceğini tahmin ediyor, ancak bu yüzyılın sonuna kadar bundan daha yüksek bir yükselme mümkün.