Le fondement physique de l'ODP repose sur l'interaction couplée entre l'océan et l'atmosphère au-dessus du bassin extratropical du Pacifique Nord. Son empreinte spatiale caractéristique se lit dans la température de surface de la mer (SST). Une phase chaude, ou positive, se définit par une anomalie froide en forme de fer à cheval dans le centre et l'ouest du Pacifique Nord, encerclant une large langue d'eau anormalement chaude le long de la côte ouest des Amériques, du golfe d'Alaska jusqu'aux abords de l'équateur. Inversement, une phase froide, ou négative, voit ce motif s'inverser : les eaux côtières américaines se refroidissent tandis que le centre du Pacifique Nord se réchauffe. Ce contraste thermique océanique est intimement lié à un changement dans la circulation atmosphérique sus-jacente. Pendant une phase chaude, la dépression des Aléoutiennes, une zone de basses pressions semi-permanente située au sud de l'Alaska, se creuse anormalement, renforçant les vents d'ouest aux latitudes moyennes et modifiant les échanges de chaleur entre l'océan et l'air. Lors d'une phase froide, la dépression des Aléoutiennes faiblit, ce qui atténue ces vents et réorganise les courants océaniques de surface.

La signature la plus remarquable de l'oscillation décennale pdu Pacifique est sa temporalité, qui contraste radicalement avec celle d'El Niño-Oscillation Australe (ENSO), avec laquelle elle partage pourtant une certaine parenté morphologique dans le Pacifique tropical et extratropical. Là où ENSO oscille sur des périodes de deux à sept ans, l'ODP évolue sur des échelles de temps décennales à pluridécennales, typiquement de vingt à trente ans. Elle ne présente pas de périodicité régulière, mais plutôt des basculements marqués entre régimes persistants. L'analyse des données historiques a mis en évidence des phases chaudes remarquables durant les années 1925-1946 et, de manière très prononcée, de 1977 au milieu des années 1990, avec un basculement brutal en 1976-1977 qui a eu un impact écologique et climatique mondial. Des phases froides ont dominé les périodes 1947-1976 et, dans une certaine mesure, le début du XXI^e siècle après 1999, bien que des fluctuations internes à plus court terme viennent constamment moduler ce signal décennal.

Les conséquences climatiques de l'ODP sont profondes et organisent une grande partie de la variabilité hydrologique et thermique du pourtour pacifique, en particulier sur le continent nord-américain. Une phase chaude tend à coïncider avec des hivers doux et secs dans le nord-ouest des États-Unis et le sud-ouest du Canada, tandis que le sud des États-Unis, le Mexique et le sud-est américain connaissent des conditions plus fraîches et plus arrosées. Cette configuration est presque symétriquement opposée en phase froide, avec un nord-ouest américain plus froid et neigeux et un sud souvent plus sec. Au-delà du climat des terres émergées, la l'ODP module les grands régimes de précipitation jusqu'en Asie orientale, influençant la mousson et le risque de sécheresses en Chine du Nord ou en Australie. On lui attribue également un effet téléconnectif sur la circulation de l'Atlantique Nord par le biais de trains d'ondes atmosphériques, où une phase chaude de l'ODP peut favoriser un renforcement de la dépression d'Islande et donc une phase positive de l'Oscillation de l'Atlantique Nord.

L'impact écologique est tout aussi considérable, au point d'avoir motivé sa découverte. Les phases de l'ODP orchestrent des changements de régime dans les écosystèmes marins du Pacifique Nord. Les eaux chaudes côtières d'une phase positive, pauvres en nutriments en raison d'une stratification accrue, entraînent un effondrement des populations de plancton, ce qui se répercute sur toute la chaîne alimentaire et provoque un déclin spectaculaire des stocks de saumons en Alaska mais une abondance accrue plus au sud, le long de la côte ouest des États-Unis. La phase froide inverse ce schéma, avec des eaux riches en nutriments qui soutiennent une forte productivité biologique en Alaska, tandis que les eaux plus chaudes au large du Mexique perturbent les pêcheries locales. Ces fluctuations exercent une pression directe sur les communautés humaines dépendantes de la pêche et ont structuré l'histoire des industries halieutiques tout au long du XX^e siècle.

La dynamique de l'oscilation décennale du Pacifique est complexe et ne relève pas d'un oscillateur unique. Elle résulte d'une combinaison de forçages externes et de processus internes couplés. La variabilité aléatoire de l'atmosphère, par le biais du courant-jet et des systèmes dépressionnaires, imprime un signal sur l'océan qui, en raison de son inertie thermique et de sa lente circulation (notamment le gyre subtropical du Pacifique Nord), intègre ces fluctuations sur de longues périodes et les restitue avec retard. L'ODP incorpore également une composante tropicale, car elle est partiellement esclave de l'ENSO : une succession d'événements El Niño intenses peut favoriser un basculement vers une phase chaude, mais la relation n'est pas linéaire et l'ODP possède une dynamique extratropicale propre. 

Des travaux récents suggèrent que des mécanismes de réémergence océanique, où des anomalies de température stockées en profondeur sous la couche de mélange hivernale refont surface les années suivantes, contribuent à la mémoire pluriannuelle du système, donnant à la PDO sa persistance caractéristique. Comprendre et prévoir ces transitions décennales demeure un enjeu majeur de la climatologie, car l'ODP module l'expression du réchauffement climatique global, en masquant ou en accentuant temporairement la hausse des températures sur de vastes régions du globe.