L'interazione dei processi marini e atmosferici controlla il tempo metereologico e il clima dominando i sistemi di energia, acqua e carbonio della Terra.

L'oceano modera il tempo metereologico e il clima globali assorbendo la maggior parte della radiazione solare che raggiunge la Terra. Lo scambio di calore tra oceano e atmosfera guida il ciclo dell'acqua e la circolazione marina e atmosferica.

Lo scambio di calore tra oceano e atmosfera può provocare drammatici fenomeni idrici globali e regionali, influenzando i modelli di pioggia e siccità. Esempi significativi includono l'oscillazione meridionale di El Niño e La Niña, che provoca importanti cambiamenti negli schemi meteorologici globali perché alterano gli schemi di temperatura della superficie del mare nel Pacifico.

La condensa dell'acqua che è evaporata dai mari caldi fornisce l'energia per uragani e cicloni. La maggior parte della pioggia che cade sulla terraferma è originariamente evaporata dall'oceano tropicale.

L'oceano domina il ciclo del carbonio della Terra. La metà della produttività primaria sulla Terra avviene negli strati superficiali del mare illuminati dal sole e l'oceano assorbe circa la metà di tutta l'anidride carbonica rilasciata in atmosfera.

L'oceano ha avuto e continuerà ad avere un'influenza significativa sui cambiamenti climatici assorbendo, immagazzinando e spostando calore, carbonio e acqua. I cambiamenti nella circolazione oceanica hanno prodotto grandi e improvvisi cambiamenti climatici negli ultimi 50.000 anni.

I cambiamenti nel sistema oceano-atmosfera possono comportare cambiamenti nel clima che a loro volta causano ulteriori cambiamenti nell'oceano e nell'atmosfera. Queste interazioni possono avere conseguenze fisiche, chimiche, biologiche, economiche e sociali drammatiche.