Các dòng hải lưu sâu là do sự khác biệt về mật độ trong nước, thường là do sự thay đổi về độ mặn và nhiệt độ. Các dòng hải lưu sâu là những dòng biển có độ sâu dưới 1.312 feet (400 mét). Chúng còn được gọi là hoàn lưu đường nhiệt và chiếm khoảng 90% đại dương.
Sự khác biệt về mật độ gây ra các dòng hải lưu sâu xảy ra khi nước ấm tiếp xúc với nước lạnh. Nước ấm có ít muối và ít đặc hơn nước lạnh. Do đó, nó nổi lên bề mặt trong khi nước lạnh hơn, mặn hơn chìm xuống đáy. Điều này gây ra hiện tượng nổi lên, nơi nước lạnh phải dâng lên để lấp đầy khoảng trống do nước ấm để lại khi nó đang dâng lên bề mặt. Nước lạnh để lại một khoảng trống khi nó dâng lên, nước ấm phải lấp đầy một quá trình được gọi là quá trình chìm xuống. Sự dâng lên và hạ xuống này tạo ra dòng nước sâu. Dòng chảy di chuyển nước qua đại dương trong một con sông ngầm, được gọi là Vành đai băng tải toàn cầu
Các dòng hải lưu sâu ảnh hưởng đến thời tiết trên thế giới. Ví dụ, Dòng chảy Vịnh là một dòng nước ấm di chuyển từ Vịnh Mexico đến Châu Âu. Nước ấm của dòng điện này giữ cho nước ở bề mặt ấm lên, do đó giữ cho châu Âu ấm hơn các vùng khác ở cùng vĩ độ. Dòng chảy lạnh là Dòng chảy Humboldt, nằm gần Peru và Chile và giữ cho bờ biển Chile mát mẻ.
