Samaa lämpötilaa osoittavat käyrät (isotermit). Eokuussa pintaveden lämpötilat ovat korkeimmat tropiikissa ja alhaisimmat napaseuduilla.

Auringon aiheuttama haihtuminen ei ainoastaan vaikuta suolapitoisuuteen, vaan myös jäähdyttää meren ohutta pintakerrosta. Toisaalta auringon säteily, varsinkin spektrin punainen ja infrapunainen osa, imeytyy veteen, mikä puolestaan lämmittää vesimassoja. Kääntöpiireillä tasapaino on lämpimän puolella. Valtamerien lämpötila vaihtelee suurin piirtein päiväntasaajan seutujen 29 lämpöasteesta ylimpien leveyksien nollan alapuolella oleviin lukemiin. Suolapitoisuus alentaa jäätymispistettä, ja näin merivesi pysyy nestemäisenä vielä hivenen nollan alapuolellakin.

Veden lämpötila vaihtelee vuodenaikojen mukaisesti, mikä vaikuttaa merien elämän levinneisyyteen ja siten kalastukseenkin. Eräät tonnikalat menevät vain harvoin lämpimän pintaveden alla oleviin kylmempiin vesikerroksiin. Mikäli harppauskerros eli termokliini — pinta-ja pohjavettä erottava vyöhyke, jossa vedenlämpö

nopeasti alenee — on lähellä pintaa, tonnikalan pyytäjät voivat verkkojaan viritellessään odottaa tavallista parempaa saalista. Kun kalastajat ovat saartaneet vaeltavan kalaparven verkollaan, kalat jäävät vangeiksi verkon ja alhaalla olevan kylmän veden vyöhykkeen väliin. Useimmiten pintavedet ovat suhteellisen lämpimiä noin 100—500 metrin syvyyteen saakka. Syvemmälle mentäessä vesi nopeasti jäähtyy suunnilleen 500—l 000 metrin syvyydellä olevassa siirtymävyöhykkeessä. Tämän jälkeen lämpötila alenee hyvin hitaasti ja on kaikkien merien pohjan läheisyydessä läpi vuoden jokseenkin yhtenäisesti nollasta yhteen lämpöasteeseen. Lämpötila ja suolapitoisuus yhdessä vaikuttavat meriveden tiheyteen. Tämä puolestaan määrää meren eliömaailman kerrostuneisuuden.