Le point d'articulation principal entre l'AMOC et le gyre est que la branche supérieure de l'AMOC emprunte en partie le même "tuyau" que le gyre subtropical : le Gulf Stream et son prolongement, le courant nord-atlantique, servent à la fois de courant de bord ouest du gyre (recirculation) et de voie de convoyage des eaux chaudes vers les hautes latitudes pour l'AMOC. Une partie des eaux qui suivent ce courant recircule dans le gyre subtropical (elles repartent vers le sud sans jamais plonger), tandis qu'une autre partie s'échappe du gyre vers le gyre subpolaire, continue vers le nord, se refroidit et alimente la plongée des eaux profondes : c'est cette fraction qui constitue véritablement la branche supérieure de l'AMOC.

Les observations et modèles climatiques indiquent que l'AMOC s'est affaibli au cours du dernier siècle et devrait continuer à diminuer au XXI^e siècle, avec une probabilité élevée selon le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat). Un affaiblissement marqué, voire un effondrement potentiel de l'AMOC, aurait des conséquences climatiques importantes : refroidissement relatif de l'Europe du Nord-Ouest, modification des régimes de précipitations (notamment sur le Sahel et la mousson indienne), hausse du niveau de la mer le long de la côte est des États-Unis, et réduction de la capacité des océans à absorber le CO2 atmosphérique.

Le moteur physique : température, salinité, densité.
L'eau de mer est salée, et ce paramètre est capital. La salinité, combinée aux différences de température entre masses d'eau, modifie la densité. L'eau froide et salée est plus dense et plonge en profondeur, tandis que l'eau plus chaude remonte naturellement vers la surface. Cette circulation verticale forme une grande boucle océanique qui met en mouvement d'immenses volumes d'eau. 

Au départ, l'eau transportée par le Gulf Stream est chaude et circule en surface, car l'eau chaude est plus légère que l'eau froide. Arrivée à hauteur du Groenland, cette eau se refroidit considérablement et plonge pour rejoindre les courants profonds qui la ramèneront vers le sud. Les eaux chaudes qui cheminent vers le nord sont par ailleurs moins salées, car elles reçoivent beaucoup de pluies. À mesure qu'elles remontent vers le nord, elles se chargent progressivement en salinité. 

Ce mécanisme crée un vide en surface qui aspire l'eau chaude du sud vers le nord, formant ce que l'on appelle fréquemment le tapis roulant océanique. La salinité est ici le paramètre critique : si l'eau devient trop douce, elle ne plonge plus, ce qui risque de provoquer un affaiblissement du système dans sa partie septentrionale. 

Le rôle climatique de l'AMOC.
L'AMOC régule le transport global de chaleur, de carbone et d'eau douce. On estime qu'elle transporte annuellement environ 0,5 pétawatt de chaleur à travers l'équateur en direction de l'Atlantique Nord, ce qui serait responsable du fait que l'hémisphère nord soit environ 1 °C plus chaud que l'hémisphère sud. Ce transport influence également la position de la zone de convergence intertropicale, qui se trouve au nord de l'équateur et conditionne les régimes de précipitations et la circulation atmosphérique mondiale. 

Il est notable que, contrairement au Pacifique, le transport de chaleur méridional dans l'Atlantique est orienté vers le nord à toutes les latitudes, ce qui distingue fondamentalement le fonctionnement de ce bassin océanique.

Les signes de fragilisation et le risque d'effondrement.
Des observations directes provenant d'un réseau de capteurs disposés à travers l'Atlantique suggèrent que la force de l'AMOC a diminué d'environ 10 à 20 % depuis le milieu des années 2000. Une étude de 2025 a par ailleurs établi que la récente phase de faiblesse du courant a déjà contribué à jusqu'à 50 % des épisodes d'inondations côtières dans le nord-est des États-Unis depuis 2005. 

Un article publié dans Nature Communications avertissait  en juillet 2023 d'un possible effondrement de l'AMOC, avec une transition jugée la plus probable entre 2025 et 2095. D'autres scientifiques estiment cependant qu'il est discutable qu'un effondrement complet puisse survenir au cours de ce siècle. Une récente étude du CNRS et de l'Inria de Bordeaux, s'appuyant sur plusieurs méthodes statistiques et des observations réelles de température et de salinité, est parvenue à mieux contraindre les modèles climatiques. Leur approche suggère un affaiblissement pouvant atteindre environ 51 % d'ici la fin du siècle, soit bien plus que la moyenne des projections précédentes, estimées à 32 %. Cette différence s'expliquerait notamment par la correction d'un biais lié à la salinité de l'Atlantique Sud, une région jouant un rôle déterminant dans la stabilité de l'AMOC. 

Un affaiblissement sévère de l'AMOC pourrait conduire à un effondrement de la circulation, qui ne serait pas facilement réversible et constituerait l'un des points de bascule du système climatique. Un tel effondrement abaisserait substantiellement la température moyenne et les précipitations en Europe, pourrait accroître la fréquence des événements météorologiques extrêmes et entraîner d'autres effets sévères. 

Dans les modèles présentant un déclin important de l'AMOC, on observe un réchauffement minimal de l'Atlantique Nord, un déplacement vers le sud de la zone de convergence intertropicale, et un glissement vers les pôles du courant-jet de latitude moyenne. Les modèles avec un déclin moindre présentent des résultats radicalement différents, avec un réchauffement plus prononcé de l'Atlantique Nord et des déplacements plus limités du courant-jet.

Les observations et leur limite.
Depuis mars 2004, dans le cadre du projet international RAPID Climate Change Program, l'AMOC est mesurée en continu à 26,5° N, à raison de deux mesures par jour. Cela a permis d'améliorer considérablement l'évaluation de sa variabilité aux échelles mensuelles à interannuelles. La série temporelle demeure cependant encore trop courte pour évaluer une variabilité décennale. 

Compte tenu de la variabilité naturelle du système, la faible tendance observée sur vingt ans n'est pas statistiquement significative, et il faudra attendre 2040 ou 2060 pour observer de manière robuste le signal d'affaiblissement. Les projections restent encore très imparfaites : les modèles ne représentent pas encore fidèlement l'ensemble des dynamiques complexes des courants dans les mers nordiques et en Arctique, ni les échanges avec la circulation globale.