La circulation thermohaline (du grec thermos « chaleur » et halos « sel ») est le système mondial de courants océaniques profonds qui redistribue chaleur et nutriments sur toute la planète, agissant comme un tapis roulant océanique. Le moteur principal est la plongée d'eau de surface dense (froide et salée) dans l'Atlantique Nord, près du Groenland et de l'Islande, où l'eau refroidie par l'air arctique et concentrée en sel par l'évaporation coule jusqu'au fond océanique et s'écoule vers le sud.
Cette eau profonde parcourt le fond de l'Atlantique, contourne l'Antarctique, pénètre dans l'Indien et le Pacifique, et remonte graduellement (upwelling) au cours de siècles. Un cycle complet prend environ 1 000 ans. La composante atlantique est appelée AMOC (Circulation méridienne de retournement de l'Atlantique) et est responsable du climat nettement plus doux de l'Europe occidentale par rapport à d'autres régions aux mêmes latitudes.
Le changement climatique menace ce système : la fonte du Groenland et l'augmentation des précipitations aux hautes latitudes diluent la salinité de l'Atlantique Nord, réduisant la densité de l'eau et affaiblissant la plongée. Des études récentes suggèrent que l'AMOC s'est affaiblie de 15-20 % depuis le milieu du XXe siècle. Un effondrement total — possible mais improbable ce siècle — aurait des conséquences drastiques : refroidissement brutal de l'Europe, perturbation des moussons et montée du niveau de la mer dans l'Atlantique occidental.