Гидрологический режим А. о. формируется под влиянием климатических условий, водообмена с прилегающими океанами и Средиземным морем, а также особенностей конфигурации окружающей суши. Под влиянием циркуляции атмосферы поверхностные течения А. о. образуют антициклональные круговороты в субтропических и тропических широтах и циклональные — в северных умеренных и южных высоких широтах. Характерная черта А. о. — мощная система тёплых течений, т. н. система Гольфстрима, развивающаяся в его северной части. Гольфстрим и его продолжение — Северо-Атлантическое течение — образуют соответственно западной и северной периферии северного антициклонального круговорота. Восточная периферия этого круговорота образуется холодным Канарским течением, южная — тёплым Северным Пассатным течением. Северный циклональный круговорот складывается течениями — тёплыми Северо-Атлантическим и Ирмингера и холодным Лабрадорским, поступающим из моря Баффина. В южной части А. о. антициклональный круговорот складывается тёплыми Южным Пассатным и Бразильским течениями на С. и З. соответственно и холодными течениями Западных Ветров и Бенгельским на Ю. и В. Циклональный круговорот развивается южнее 50° ю. ш. с центром в море Уэдделла. Антициклональные циркуляции северной и южной частей А. о. разделяются летом севернее экватора Межпассатным (Экваториальным) противотечением, которое зимой сменяется общим западным переносом поверхностных вод. Более постоянной границей является на экваторе подповерхностное противотечение Ломоносова.
Течения — основные перераспределители солнечного тепла, поглощаемого поверхностью океана. Тепловой баланс А. о. складывается из радиационного баланса, затраты тепла на испарение и турбулентного теплообмена с атмосферой. Наибольший положительный тепловой баланс 2,5—3,3 Гдж/(м2·год) [60—80 ккал/(см2·год)] отмечается у экватора и приближается к 0 на 30° северной и южной широт. С увеличением широты тепловой баланс становится отрицательным. Т. о., поглощение тепла поверхностью А. о. происходит главным образом между 30° северной и южной широт, на остальной площади океан отдаёт тепло атмосфере. Температура воды на поверхности А. о. зимой, в феврале (августе в южной части океана), на экваторе 27—28°C, на 60° с. ш. 6°С, на 60° ю. ш. —1°С. Летом, в августе (в феврале в южной части океана), температура на экваторе 26°C, на 60° с. ш. 10°C, на 60° ю. ш. около 0°С. Под влиянием тёплых и холодных течений создаются большие разности температур в пределах широтных зон. Севернее 30° с. ш. на З. температура приблизительно на 10°C ниже, чем на В. Между 30° с. ш. и 40° ю. ш., наоборот, на З. Температура на 5°С выше, чем на В. Южнее 40° ю. ш., где преобладает зональное течение поверхностной воды, эта разница исчезает.