В пределах каждого крупномасштабного круговорота набор водных масс по вертикали специфичен, а это означает, что в каждом круговороте имеется своя структура вод. Принято различать поверхностную, подповерхностную, промежуточную, глубинную и придонную водные массы, которые разделены слоями воды с повышенными градиентами свойств (в пределах каждой массы свойства не меняются или меняются очень постепенно). Выделяют два главных типа гидрологических структур — тропические, расположенные в тропиках и субтропиках, и субполярные, расположенные в умеренных широтах.
Для тропических структур характерны следующие водные массы и слои раздела между ними. Сверху находится поверхностный однородный (изотермический) слой, который характеризуется высокой температурой (20— 30°), мало меняющейся по глубине. Толщина этого слоя в среднем равна 50 — 100 м (в центральных частях субтропических круговоротов до 200 — 250 м). Под изотермическим слоем температура воды сравнительно резко падает, и ее градиент до глубины 400 — 500 м имеет порядок 0,1 град/м. Одновременно резко возрастает плотность воды. Под слоем повышенного градиента температура продолжает понижаться, хотя и более медленно. До глубины около 1000 — 1500 м (в зависимости от структуры) это понижение происходит, однако, быстрее, чем на еще больших глубинах. Этот слой называют «главным термоклином», и его нижняя граница выражена не очень четко. Глубже него вода отличается низкой температурой (около 2°), мало меняющейся с глубиной. Это так называемые «глубинные однородные воды».
Резкое расслоение толщи воды по температуре, а следовательно, и по плотности чрезвычайно характерно для тропиков. Плотность воды зависит, однако, и от солености, а в большей части тропической зоны выражен промежуточный слой повышенной солености на глубине нескольких сот метров, т. е. в верхней части главного термоклина. В результате главный термоклин распадается на два слоя: слой максимума солености до глубин 200 — 400 м и слой между ним и границей глубинных однородных вод, обозначаемый обычно как промежуточный минимум солености.
В субполярных водах весь столб воды сравнительно однороден по температуре. Главного термоклина там практически нет, и набор водных масс существенно отличается от характерного для тропической зоны. Поверхностный изотермический слой может нагреваться летом выше 10° (при толщине около 50 м) и охлаждаться зимой до 0 — 5° (иногда и до отрицательных значений температуры). Под этим слоем летом может существовать промежуточный холодный слой, в котором температура удерживается на уровне ее минимального зимнего значения; он может достигать глубины около 300 м. Промежуточный теплый слой с температурой на 1 — 2° выше, чем в предыдущем, располагается примерно до глубины 2000 м. Глубинные однородные воды мало отличаются по своим характеристикам от глубинных вод в тропических структурах.
Рассматривая вертикальную термическую структуру Мирового океана, нередко придают особое значение противопоставлению теплого поверхностного и холодного глубинного объемов водной толщи, называемых соответственно «термосферой» и «психросферой». Автор этих терминов — датский океанолог и ихтиолог А. Бруун принимал за границу таких слоев изотермическую поверхность 10°. Таким образом, в высоких широтах термосфера, естественно, отсутствует, в умеренных широтах она имеет сезонный характер, а в тропической зоне постоянна, но варьирует по толщине от 100 м в восточных районах океанов, характеризующихся подъемом глубинных вод, до 700 м в западных.