海洋是全球氣候系統中的一個重要環節，它通過與大氣的能量物質交換和水迴圈等作用在調節和穩定氣候上發揮著決定性作用，被稱為地球氣候的調節器。
佔地球面積百分之七十一的海洋是大氣熱量的主要供應者。如果全球一百米厚的表層海水降溫一攝氏度，放出的熱量就可以使全球大氣增溫六十攝氏度。
海洋也是大氣中水蒸氣的主要來源。海水蒸發時會把大量的水汽從海洋帶入大氣，海洋的蒸發量大約佔地表總蒸發量的百分之八十四，每年可以把三萬六千億立方米的水轉化為水蒸氣。因此，海洋的熱狀況和蒸發情況直接左右著大氣的熱量和水汽的含量與分佈。
同時，海洋還吸收了大氣的百分之四十二氧化碳，而二氧化碳被認為是導致氣候變化的溫室氣體之一。
