La température de la mer est un élément essentiel dans l'échange d'énergie entre la mer et l'atmosphère terrestre. La quantité de vapeur d'eau relâchée ou absorbée par la mer dépend directement de sa température de surface. La mer sert également de facteur limitatif sur les variations de température de l'air entre le jour et la nuit grâce à sa capacité calorifique (elle absorbe et relâche l'énergie plus lentement que l'air).
Il est donc très important de la connaître pour la prévision numérique du temps qui donne l'évolution future des systèmes météorologiques. La répartition des températures de surface de la mer est cruciale dans certains phénomènes particuliers. Notons :
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El Nino : une température plus chaude que la normale dans le Pacifique Est au niveau de l'Amérique du Sud. Depuis le début des années 1990, il est suivi de près par les satellites et une série de bouées dans le Pacifique à cause l'importance de son impact sur le climat ;
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les cyclones tropicaux : la convection organisée qui mène à la formation de ces derniers nécessite une température de surface de la mer de plus de 26 degrés Celsius. En général, plus la température est élevée plus la tempête sera puissante. Le passage d'un tel système « retourne » littéralement la mer amenant de l'eau plus froide des profondeurs, ce qu'on peut suivre avec les images satellitaires.
La température de surface de la mer est également importante pour la vie marine qui dépend de conditions bien précises pour subsister. Les poissons, le plancton, les mollusques, les algues ont tous une plage de températures qu'ils peuvent supporter. Les études sur leurs populations utilisent beaucoup la température déterminée par les différents moyens mentionnés.