“万物生长靠太阳”。太阳能量辐射到地球，80%以上被地球表面吸收，只有不到20%反射到空中。而到达地球的大部分太阳能量被海洋吸收并储存起来，虽然海洋积聚了大量的热，但水温也不会升得很高。
虽然如此，每年每天海洋表层水温总是受到太阳辐射、海流和盛行风变化的影响，海水温度仍然会发生变化。赤道和高纬度海区表层水温的年变化相对比较小，一般为1～2℃。大洋表层水温每天变化最小，一般不会超过0.4℃。中纬度变化最大，尤其是在北纬35°附近，表层水温年变化可以达到12℃。浅海的海水表层每天的温度变化也较大，常常可以达到3～4℃以上。海水表层温度的每日变化会通过海水向更深层海水传导，表层以下各层水温的年变化比较小。不过影响的最大深度不会超过50米。
海水比较温和，透光性好，可容纳很多的太阳辐射能也可以简单地讲，海水温度的垂直变化由于太阳辐射首先到达海水表面，海水温度随深度而发生变化。海水越深，水温越低，而且深层海水的水温年变化幅度也越来越小。从表层向深层，水温渐低，1000米以下的深层海水，经常保持低温状态。不过，在大洋底层的海水由于受到地壳内岩浆活动的影响，温度有时候也会出现异常的变化。
海水温度是海水的一个重要的理化指标。实际上，它也是度量海水热量的重要指标。每天海水温度都会随着太阳的辐射而发生变化。表层水温的每日变化的最高值和最低值出现的时间与太阳的辐射强度有直接的关系。每天中午12点左右是每天太阳辐射最强的时候，海水的最高温度一般会在午后2点左右出现；每天夜间海水的温度都会降低，到凌晨4点海水的温度会下降到全天最低点。
尽管如此，不管是在炎热的夏天还是在寒冷的冬天，海水的温度受四季的影响仍然不大。这是因为海水的热容量比空气的热容量大得多，海水的温度变化也比空气的温度变化缓慢。可是为什么每天海水的温度变化总是滞后于太阳辐射的变化呢？
这是因为太阳辐射的热量大部分用于蒸发海水，只有一小部分用于升高水温。由于海水的比热比空气大得多，因此，水温上升的过程十分缓慢，出现了海水温度最高值比太阳辐射最强时间滞后的现象。同样，海水降温的过程也进行得比较缓慢，形成了最低水温要比太阳辐射的最弱时间晚得多的现象。
总之，海水温度常作为研究水团性质、鉴别洋流的基本指标。研究海水温度的时空分布及其变化规律，不仅是海洋地理学的重要内容，而且对渔业、航海、气象和水声等学科也有重要价值。