簡化的北大西洋深層水流動循環圖，深色的線表示海底的寒流，淡色的線代表海面的暖流。

溫鹽環流（英文：thermohaline circulation、縮寫：THC），又稱「輸送洋流」、「深海環流」等，是一個依靠海水的溫度和含鹽密度驅動的全球洋流循環系統。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，暖流在高緯度處被冷卻後下沈到海底，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循環，一次溫鹽循環耗時大約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。

概觀

深海中的洋流主要是依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。

深層水的形成

高密度的水幾乎都集中在北大西洋及南冰洋下沈至海底深處的洋盆，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，所引起的乾濕溫差還會構成大規模的海水蒸發，加速水溫下降，這個現象被稱為蒸發冷卻，類似人體在濕熱的環境下排汗降溫的原理。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，由於純水的凝固点是攝氏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。

深層水的動態

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接格林蘭島、冰島及大不列顛海底岩床的裂隙溢流向南方。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前往印度洋在該處湧升將寒流帶到，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峡阻塞然後因為受熱上湧變回暖流繼而循環。

南極威德尔海一帶的洋流切面圖。

「南極底層水」（Antarctic Bottom Water，英文縮寫：AABW）在威德尔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峡受阻繼而沿著南美洲東岸的圭亞那洋盆向大西洋赤道進發。

溫鹽環流及其對氣候的影響:

溫鹽環流( thermohaline circulation )是因為海水溫度、鹽度分布不均，造成密度不同所引起的環流。其分布與表面洋流十分不同，多在深海，而且移動緩慢，時間尺度是以百年甚至千年來計算。溫鹽環流的分布如圖6-14所示，其源頭在北大西洋。那是因為北大西洋的洋流在往北行進過程中，海水釋出熱量至大氣，逐漸變冷， 加上不斷地蒸發使得海水鹽度( salinity ) 逐漸變冷， 加上不斷地蒸發使得海水鹽度( salinity )增加。因此，愈往北海水愈冷愈鹹，也因此愈重，最後終於在北大西洋下沈至深海，形成北大西洋深層海水( North Atlantic Deep Water)。溫鹽環流繼續往南大西洋流動，在非洲南端及南極洲之間流進印度洋。這些又冷又鹹的海水繼續往東進入太平洋而且逐漸上升，形成較淺較暖的洋流，再繞了個圈回流入印度洋，最後進入南大西洋，往北至北大西洋。

地球氣候脫離上一冰河期之後，在一萬年前左右溫度突然下降，形成一短暫的冷期，稱為新仙女木（Younger Dryas）。美國哥倫比亞大學Broecker等人認為溫鹽環流的改變是造成此一現象的主因。他們的的看法是: 天文因素的變化使地球逐漸脫離上一個冰期( 約1萬8千年前 )，北美冰河大量溶化，某種因素改變了淡水向南流入墨西哥灣的現象，反使得大量淡水向北流入北大西洋，表面海水因之變輕(因為，含鹽量變小)，下沈海水量變少，溫鹽環流因而變弱。海表面往北洋流也連帶的減弱，北傳的熱量減少，降低海洋調節高緯大氣的功能，氣溫因此迅速下降。

有些科學家利用大氣/海洋耦合模式去模擬溫鹽環流對新仙女木氣候的影響他們假設二種狀況，一種是有溫鹽環流，即在北大西洋海水下沈，另一種是無海水下沈。結果顯示溫鹽環流不但使北大西洋氣溫昇高，北半球平均氣溫也昇高，但是南半球氣溫則下降。相反的，如果沒有溫鹽環流，北大西洋及北半球平均氣溫皆將下降。他們的研究證實了Broecker等人的看法。

除了影響氣候，北大西洋也具有調節大氣中二氧化碳濃度的作用。這是因為，大量二氧化碳在北大西洋溶解於海水，隨著海水下沈進入溫鹽環流，使得北大西洋成為吸收二氧化碳的主要海洋地區之一。