La circulation thermohaline est la circulation à grande échelle, à l'échelle mondiale, de l'eau des océans. Elle est formée par deux facteurs qui vont agir sur la densité de l'eau c'est à dire la température et la salinité.
En effet, plus une eau est salée plus elle sera dense, ainsi on peut constater que l'eau de surface plonge et se retrouve en profondeur au niveau des pôles et remonte au niveau de l'équateur. La cause étant que l'eau située près des pôles libère du sel et se transforme en glace. Au contraire, l'eau est moins salée près de l'équateur dans les zones comme l'océan Indien ou l'océan Pacifique.
Le deuxième facteur est  la température car l'eau perd en densité dans une eau chaude alors qu'elle gagne en densité  dans les eaux froides. On retrouve donc le même mouvement associés à ces deux facteurs où l'eau de surface plonge au niveau des pôles et remonte dans des eaux plus chaudes et moins salées.
La circulation thermohaline agit directement sur le climat en répartissant l'eau chaude aux quatre coins du monde. Malgré tout cette circulation reste assez lente car on estime qu'une goutte d'eau fait le tour du monde en un millénaire. Un changement ou une perturbation de l'un des facteurs entrainerait un changement de la circulation thermohaline et perturberait le climat des deux côtés de l'Atlantique.