Η ηλιακή ακτινοβολία είναι ο πρωταρχικός οδηγός της θερμικής επέκτασης στο ωκεανικό νερό. Όταν το φως του ήλιου frappe την επιφάνεια του ωκεανού, η ενέργεια απορροφάται από τα μόρια νερού, προκαλώντας τα να δονούνται ταχύτερα και να κινούνται μακριότερα ξεχωριστά. Αυτή η αύξηση της μοριακής κίνησης έχει ως αποτέλεσμα μείωση της πυκνότητας και αύξηση του όγκου—θερμική επέκταση.
Αυτή η διαδικασία είναι θεμελιώδης κινητήρας της παγκόσμιας ωκεανικής κυκλοφορίας. Καθώς τα επιφανειακά νερά θερμανθούν και επεκτείνονται, γίνονται ελαφριά και τείνουν να μείνουν κοντά στην επιφάνεια, ενώ τα ψυχρότερα, πυκνότερα νερά καταβιβάζονται. Αυτή η κίνηση που οδηγείται από την πυκνότητα, σε συνδυασμό με τους ανέμους και την περιστροφή της Γης, τροφοδοτεί τις μεγάλες ωκεανικές ρεύσεις που αναδιανέμουν τη θερμότητα γύρω από τον γλόβο, ρυθμίζοντας κλίμα και καιρικά μοτίβα.
Η θερμική επέκταση είναι επίσης ένας σημαντικός συνεισφέρων στην αύξηση του επιπέδου της θάλασσας. Καθώς οι ωκεανοί απορροφούν πάνω από 90% της υπέρβασης θερμότητας που παγιδεύεται από τα αέρια του θερμοκηπίου, το ίδιο το νερό επεκτείνεται, αυξάνοντας το επίπεδο της θάλασσας ακόμα και χωρίς τη φύση των παγετώνων.
