La línea roja de esta ilustración muestra un perfil típico de temperatura del agua del mar. En la termoclina, la temperatura disminuye rápidamente desde la capa superior mixta del océano (llamada zona epipelágica) hasta el agua profunda mucho más fría de la termoclina (zona mesopelágica). Por debajo de los 3.300 pies hasta una profundidad de unos 13.100 pies, la temperatura del agua permanece constante. A profundidades inferiores a los 13.100 pies, la temperatura oscila desde casi el punto de congelación hasta justo por encima del punto de congelación del agua a medida que aumenta la profundidad.
Los cuerpos de agua están formados por capas, determinadas por la temperatura. La capa superior de la superficie se llama zona epipelágica, y a veces se denomina «piel del océano» o «zona de luz solar». Esta capa interactúa con el viento y las olas, que mezclan el agua y distribuyen el calor. En la base de esta capa se encuentra la termoclina. La termoclina es la capa de transición entre el agua mezclada más cálida de la superficie y el agua profunda más fría de abajo. Es relativamente fácil saber cuándo se ha llegado a la termoclina en una masa de agua porque se produce un cambio brusco de temperatura. En la termoclina, la temperatura disminuye rápidamente desde la temperatura de la capa mixta hasta la temperatura mucho más fría de las aguas profundas.
En el océano, la profundidad y la fuerza de la termoclina varían de una estación a otra y de un año a otro. Es semipermanente en los trópicos, variable en las regiones templadas (a menudo es más profunda durante el verano), y poco profunda o inexistente en las regiones polares, donde la columna de agua es fría desde la superficie hasta el fondo.
Las termoclinas también desempeñan un papel en las previsiones meteorológicas. Por ejemplo, los pronosticadores de huracanes deben tener en cuenta no sólo la temperatura de la piel del océano (la temperatura de la superficie del mar), sino también la profundidad del agua caliente por encima de la termoclina. El vapor de agua que se evapora del océano es el principal combustible de un huracán. La profundidad de la termoclina es la medida del tamaño del «depósito de combustible» y ayuda a predecir el riesgo de formación de huracanes.