К числу важных параметров, характеризующих состояние океанических вод, относится их температура. Она определяется балансом между величиной солнечной радиации, расходом энергии на испарение воды с поверхности океана и теплообменом между водой и атмосферой. Температура поверхностного слоя колеблется от +28ºС в экваториальной зоне до -1,8ºС в приполярных областях (температура замерзания морской воды). На больших глубинах температура воды не превышает +2-3ºС, а в полярных районах –0,7 С. Важная особенность энергетического баланса между океаном и атмосферой состоит в том, что при увеличении притока солнечной энергии всё возрастающая её доля расходуется не на повышение температуры морских вод, а на испарение. Благодаря этому даже в условиях очень жаркого климата температура океанических вод не превышает указанных значений.
Плотность морской воды в целом несколько возрастает с глубиной. Выделяются 4 зоны: поверхностная (глубины до 200-250 м), промежуточная (до 1400 м), глубинная (до 1200-3000 м) и придонная. Это не связано с расслоением по составу – в целом вся толща вод мирового океана, хоть и медленно, но перемешивается (такое перемешивание обеспечивает доставку растворённого кислорода даже в глубинные зоны). Расслоение по плотности связано, главным образом, с увеличением давления – на больших глубинах вода оказывается в большей степени «сжатой». Хотя сжимаемость воды относительно невелика, подсчитано, что без влияния этого фактора уровень воды в мировом океане был бы на 30 метров выше.