在海洋中，阳光只能射入几十米，但深海中还有大量生物生存，那么氧气是哪里来的？下图为北太平洋及北大西洋溶解氧垂直分布图，可以直观地表示氧气在海洋中的垂直分布情况。海洋中溶氧的来源主要有两个途径：一是大气中的氧通过海-气界面交换进入海洋的表层，之后通过水体的扩散作用，将表层富含溶解氧的水体带入深层；二是海洋真光层内进行光合作用的微生物及浮游植物光合作用过程中释放的氧气。
海洋中溶氧的消耗则主要通过三个途径：一是海洋生物的呼吸作用；二是海洋中有机物的分解；三是海洋中无机物的还原作用。海水表层是海洋与大气交换氧的场所，且真光层内浮游生物进行光合作用释放氧气，所以海水表层至真光层深度可以观测到溶解氧的极大值。真光层以深，由于有机物氧化分解和海洋生物的呼吸作用，溶解氧含量会逐渐降低。在中层水体中，往往存在由有机物氧化分解作用形成的溶解氧极小值。
在中层溶氧极小值层以深，溶解氧含量逐渐增加，这与全球深海热盐环流有着密切关系。在热盐环流过程中，北大西洋的高纬度海域的低温高盐度且富含溶氧的表层水下沉，之后沿深海热盐环流路径运移，使得深层海水的溶氧再度升高。