海水的冷热程度称为海水的温度。海水的热量主要来自太阳的辐射，支出的热量主要是海水的蒸发耗热。每年海洋获得的热量大致等于支出的热量。整个海洋的年平均水温几乎没有变化；但在一年中，不同季节、不同海区的热量收支是不平衡的，因此海洋的水温分布与变化不同。从太平洋、印度洋、大西洋三大洋的水温情况看：三大洋表面年平均水温约为17.4℃，其中太平洋的水温最高，达19.1℃；印度洋次之，达17.0℃；大西洋最低，为16.9℃。
三大洋表面年平均水温分布的特点是：北半球高于南半球；在南北纬0°到30°之间的印度洋的水温最高；在南纬和北纬50°到60°之间，大西洋的水温相差最悬殊。这是由于陆地集中于北半球，北半球各大洋的水温略高于同纬度南半球各大洋的水温。南半球上是三大洋相连，并与南极大陆相接，因此海水温度急剧冷却。印度洋热带海区三面受亚、非、澳热带大陆包围，并受暖流影响，所以水温最高。总之，大洋表面水温分布的特点由太阳辐射和洋流性质决定的。
此外，水温随海水深度和季节、昼夜等也有变化。
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