Наличие теплых течений поддерживает температуру воды на западе океана на 20° с.ш. 27°, в то время как на востоке всего 19°. Хорошо прослеживаются и сезонные изменения температур. Самая низкая температура регистрируется в феврале на севере и в августе на юге океана, а самая высокая — наоборот. Суточные же колебания температур поверхностного слоя невелики, в тропиках они составляют 0,4°, в более высоких широтах — 0,5° по Цельсию. Годовая амплитуда температур у экватора не более 3°, в субтропических и умеренных широтах 5-8°, в полярных 4° по Цельсию. Значителен горизонтальный градиент температур поверхностного слоя в местах встречи холодных и теплых течений. Например, Восточно-Гренландского и Ирмингера, где разница температур в 7° в радиусе 20-30 км обычное явление.
Более сильное поступление солнечной радиации зависит от смен времен года— в настоящее время общее количество солнечной радиации, поступающее на Землю, остаётся практически неизменным, но на широтах 65 С.Ш. (широта северных городов России, Канады) летом количество поступающей солнечной радиации более чем на 25% больше, чем зимой. Это происходит из-за того, что Земля по отношению к Солнцу наклонена под углом 23,3 градуса. Зимние и летние изменения взаимно компенсируются, но тем не менее по росту широты места наблюдения всё больше становится разрыв между зимой и летом, так, на экваторе разницы между зимой и летом нет. За Полярным кругом же летом поступление солнечной радиации очень высоко, а зимой очень мало. Это формирует климат на Земле. Кроме того, периодические изменения эксцентриситета орбиты Земли могут приводить к возникновению различных геологических эпох: к примеру, ледникового периода.