Наличие теплых течений поддерживает температуру воды на западе океана на 20° с.ш. 27°, в то время как на востоке всего 19°. Хорошо прослеживаются и сезонные изменения температур. Самая низкая температура регистрируется в феврале на севере и в августе на юге океана, а самая высокая — наоборот. Суточные же колебания температур поверхностного слоя невелики, в тропиках они составляют 0,4°, в более высоких широтах — 0,5° по Цельсию. Годовая амплитуда температур у экватора не более 3°, в субтропических и умеренных широтах 5-8°, в полярных 4° по Цельсию. Значителен горизонтальный градиент температур поверхностного слоя в местах встречи холодных и теплых течений. Например, Восточно-Гренландского и Ирмингера, где разница температур в 7° в радиусе 20-30 км обычное явление.