Vedenvaihtoa tapahtuu koko ajan, mutta  merkittäviä veden uudistumisia vain harvoin. Itämeren koko vesimassan vaihtumisen on arvioitu kestävän 30-50 vuotta, mutta arvio perustuu suuruusluokkalaskelmiin. Eri altaiden eri osilla ja eri syvyyksillä olevilla vesimassoilla on omat vaihtoaikansa.

Jokivirtaamina tulee Itämereen noin 500 kuutiokilometriä vuodessa. Sisään virtaa Pohjanmereltä noin 1200 kuutiokilometriä vuodessa ja Itämereltä poistuu noin 1700 kuutiokilometriä vettä vuodessa. Yhden vuoden vedenvaihto vastaa runsaan neljän metrin paksuista vesikerrosta.

Vesitase

Vesitaseella kuvataan mereen tulevan ja sieltä poistuvan vesimäärän erotusta. Kun Itämeren vedenpinnan tiedetään pysyvän keskimäärin melko vakiona, voidaan päätellä tulevan ja lähtevän vesimäärän olevan jokseenkin saman suuruisia.

Vesi tulee Itämereen pääasiassa jokivirtaamina, sillä valuma-alue on varsin suuri. Yleinen arvio on, että Itämereen suoraan satavan veden määrä on jotakuinkin sama kuin Itämerestä suoraan haihtuvan veden määrä.  Itämereen virtaa vettä myös valtamereltä Tanskan salmista, joiden kautta Itämeren vesi virtaa myös Pohjanmereen missä se liittyy muihin vesiin sekoittuneena Norjan rannikkovirtaukseen.

Keskimääräinen vedenvaihto Itämeren ja Pohjanmeren välillä on vain noin 400 km3 vuodessa. Veden keskimääräinen täysin teoreettinen viipymäaika Itämeressä, jossa makean veden ja suolaisen veden lähteet ovat yhteenlaskettuina, on siis 22 vuotta.

Tavallaan tämä suuri makean veden määrä huuhtelee jatkuvasti Itämerta. Ilman ajoittaisia suolaisen valtameriveden pulsseja Pohjanmereltä Itämereen muuttuisi Itämeren vesi nopeasti suolattomaksi. Suurten pulssien välisinä stagnaatiokausina Itämeren veden suolapitoisuus laskeekin huomattavasti.