Yleensä valtameren pintavedet ovat lämpimämpiä kuin syvät vedet. Tämä johtuu siitä, että vesi absorboi auringon energiaa lähellä pintaa, ja lämpö jakautuu sitten virtausten ja aaltojen kautta koko vesipatsaan. Valtameren pintavesien keskilämpötila on noin 26 °C (78,8 °F).
Joillakin valtameren alueilla pintavedet voivat kuitenkin olla paljon lämpimämpiä, kuten tropiikissa, joissa pintaveden keskilämpötila on noin 30 °C (86 °F). Sitä vastoin napavaltamerten pintavedet voivat olla paljon kylmempiä, ja keskilämpötilat ovat alle 0 °C (32 °F).
Vuodenaika vaikuttaa myös meren lämpötiloihin. Yleensä valtameren pintavedet ovat lämpimimpiä kesällä ja kylmimpiä talvella. Tämä johtuu siitä, että auringon energia keskittyy enemmän kesäkuukausina, joten sillä on suurempi vaikutus veden lämpötilaan.
Lopuksi myös veden syvyys voi vaikuttaa lämpötilaan. Mitä syvempi vesi, sitä kylmempää se on. Tämä johtuu siitä, että pinnan lähellä oleva vesi imee lämpöä auringosta, kun taas syvällä oleva vesi ei. Tämän seurauksena veden lämpötila laskee, kun menet syvemmälle mereen.