Meriveden tiheys riippuu lämpötilasta, suolaisuudesta ja paineesta. Makean veden tiheys on suurin lämpötilan ollessa 4 °C. Mitä suolaisempaa vesi on, sitä alemmassa lämpötilassa veden tiheys on suurin. Toisin sanoen suolaisuuden kasvu alentaa maksimitiheyden lämpötilaa. Esimerkiksi, kun veden suolaisuus on 12 ‰, maksimitiheyden lämpötila on 1,45 °C. Koska tiheämpi vesi menee alemmas, tiheyden riippuvuudella lämpötilasta ja suolaisuudesta on suuri merkitys Itämeren kerrostuneisuudelle.

Kahden kerroksen välistä rajaa kutsutaan harppauskerrokseksi eli kliiniksi. Tällä rajalla suolaisuus tai lämpötila muuttuu nopeasti. Suolaisuuden harppauskerrosta kutsutaan halokliiniksi, ja lämpötilan harppauskerrosta termokliiniksi.

Lämpötilakerrostuneisuus

Lämpötilakerrostuneisuus muuttuu vuodenaikojen mukaan. Koska kylmä vesi on tiheämpää kuin lämmin, syksyllä pintavesi tulee jäähtyessään raskaammaksi ja painuu syvemmälle. Näin syntyy syksyinen terminen pystysuora kierto. Se loppuu, kun koko pintakerros on maksimitiheyden lämpötilassa. Sen jälkeen pinnan jäähtyminen ei enää aiheuta kiertoa, vaan kylmennyt vesi jää pintaan. Tuulten aiheuttama sekoitus saa kuitenkin edelleen veden kylmenemään myös pintaa syvemmältä. Tällöin syvemmällä ollut lämpö joutuu sekoituksen takia pinnalle ja siirtyy ilmaan.

Keväällä meri alkaa saamaan enemmän lämpöä kuin se luovuttaa. Aurinko lämmittää ensin pintakerroksen, joka pyrkii silloin tiheämpänä alas. Kun lämpötila on noussut yli maksimitiheyden lämpötilan, pintavesi ei enää vajoa syvyyksiin, vaan lämpö siirtyy alemmas tuulen aiheuttaman sekoittumisen takia. Pintakerrokseen muodostuu 10–20 m paksu lämpimämmän veden kerros. Syvällä, lähellä pohjaa, yli 70 metrin syvyydessä lämpötila vaihtelee vuoden kuluessa paljon vähemmän ja hitaammin kuin pinnalla. Syvät vedet ovat lämpimimmillään vasta myöhään syksyllä. Lämpimän pintakerroksen ja kylmemmän pohjakerroksen välille syntyy 5–10 metriä paksu kesätermokliini, jonka kohdalla lämpötila voi laskea jopa 10 astetta muutaman metrin matkalla. Kesällä lämpimän pintakerroksen alapuolelle jää kaikkein kylmin vesikerros, vanha talvivesi, joka ei kesälläkään juuri lämpene. Kumpuamistilanteessa vanha talvivesi voi nousta pintakerrokseen ja jäähdyttää sen nopeasti ja tehokkaasti.

Itämerellä pintakerroksen vesi lämpenee heinäkuun loppuun asti ja alkaa jäähtyä viimeistään elokuun toisella viikolla. Pohjanlahden pohjoisosissa vesi on lämpimimmilläänkin keskimäärin vain 14–15 asteista ja eteläosissa 16–18 asteista. Tyyninä aurinkoisina päivinä pintalämpötila voi nousta yli 20 asteiseksi kaikilla merialueillamme.

Suolaisuuden aiheuttama kerrostuminen

Itämerellä on voimakas suolaisuuden kaksikerroksinen rakenne. Suolaisuus lisää veden tiheyttä, joten suolaisempi vesi on yleensä makeamman veden alapuolella. Itämerellä jokien tuoma makea vesi sekä Atlantilta tuleva suolainen vesi kohtaavat, jolloin raskaampi suolainen vesi painuu kevyemmän makean veden alle. Suolaisuuden aiheuttama kerrostuminen on pysyvää, joskin vaihtelevaa. Esimerkiksi keväisin, lumien ja jäiden sulaessa, makeampaa vettä on pinnalla enemmän kuin muina vuodenaikoina. Suolaisuuden harppauskerros, halokliini, sijaitsee Itämerellä 40–80 metrin syvyydellä, ja on noin 10–20 m paksu. Halokliinin kohdalla suolaisuus lisääntyy huomattavasti mentäessä syvemmälle. Halokliini estää makeamman ja siten kevyemmän pinta- eli peitekerroksen sekoittumista suolaisemman ja siten raskaamman pohjakerroksen eli alusveden kanssa.

Jokia on kaikkialla Itämeren rannikoilla, mutta runsaimmin makeaa vettä virtaa etenkin Itämeren pohjoisosiin. Siksi ne ovat vähäsuolaisempia kuin eteläisen Itämeren vedet. Pohjanlahden ja Suomenlahden perukoilla suolapitoisuus on alle kolmasosa eteläisen Itämeren suolapitoisuudesta. Itämereen tulee uutta makeaa vettä joista ja sateena sekä suolaisempaa vettä Pohjanmereltä. Suolainen vesi tulee matalien, kapeiden Tanskan salmien kautta Itämeren lounaisnurkasta. Tavallisesti vesi vaihtuu sielläkin pintakerroksessa, jolloin kovin suolaista Itämerelle tuleva vesi ei yleensä ole. Suolaisen veden tulee ikään kuin nousta vastavirtaan ja siksi huomattavien suolaisen veden määrien on vaikea päästä Itämereen. Vain erityisissä säätilanteissa paljon suolaisempi vesi pystyy nousemaan Skagerrakin syvistä vesistä Tanskan salmien kynnysten yli Itämereen. Tällaista ilmiötä kutsutaan suolapulssiksi.