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躍層（湖では水温層または変水層とも呼ばれる）は、水（海洋や湖など）、または空気（大気など）といった大きな流体内部における温度に基づく明確な層であり、深さに関連した明確な温度差の勾配が大きい。海洋では、躍層は上層の混合層と下層の穏やかな深層水を隔てている。[ 1 ]
水温躍層は、季節、緯度、風による乱流混合などによって大きく左右され、水域に半永久的に存在する特徴となる場合もあれば、昼夜を問わず表面水の放射加熱／冷却といった現象に応じて一時的に形成される場合もある。水温躍層の深さや厚さに影響を与える要因としては、季節的な天候の変化、緯度、潮汐や海流などの局地的な環境条件などが挙げられる。
地球に降り注ぐ太陽光の熱エネルギーの大部分は、海面から数センチメートル以内の深さで吸収され、日中は温まり、夜間は放射によって熱エネルギーが宇宙に放出されるため冷えます。波は表層付近の水を混ぜ、熱をより深い水に分配するため、波の強さや海流による表面の乱流の有無によっては、上部100メートル（330フィート）では温度が比較的均一になることがあります。この混合層より下では、温度は昼夜のサイクルを通して比較的安定しています。深海の温度は深さとともに徐々に低下します。塩水は-2.3 ℃（27.9 °F）に達するまで凍らないため（深さと圧力が増加するとさらに冷たくなります）、表面よりかなり下の温度は通常0度からそれほど遠くありません。[ 3 ]
水温躍層の深さは地域によって異なります。熱帯地域では半永久的であり、温帯地域では変動し、極地では浅いか存在しないため、水柱は表面から底まで冷たいです。[ 4 ]海氷の層は断熱ブランケットとして機能します。最初の正確な地球規模の測定は、 HMSチャレンジャーの海洋調査中に行われました。[ 5 ]
外洋では、水温躍層は負の音速勾配を特徴としており、アクティブソナーやその他の音響信号を反射できるため、潜水艦戦において重要な役割を果たします。これは、密度の急激な変化によって生じる水の音響インピーダンスの不連続性に起因します。
スキューバダイビングでは、水温が数度急激に低下する水温躍層が、例えば冷たい湧昇水が暖かい表層水に流れ込む場所など、2つの水域の間で見られることがあります。この水温躍層は、浴室の窓で視界を遮るために使われるような、しわくちゃのガラスのような外観を水に与え、冷たい水柱と暖かい水柱の屈折率の変化によって引き起こされます。空港や砂漠の道路で暖かい空気が上昇する際にも、同様のシュリーレン現象が見られ、蜃気楼の原因となります。
海洋の水温躍層は、季節によって深さや強さが変化することがあります。[ 4 ]これは特に中緯度で顕著で、冬には混合層が厚くなり、夏には混合層が薄くなります。[ 6 ]冬の気温が低いと水温躍層はさらに深いところまで下がり、夏の気温が上がると水温躍層は上層に戻ります。熱帯や亜熱帯周辺の地域では、夏には他の地域よりも水温躍層がさらに薄くなることがあります。[ 6 ]極付近の高緯度では、恒久的な水温躍層よりも季節的な水温躍層の方が大きく、表層水が暖かくなります。[ 6 ]このような場所では、代わりに二分温度層が存在します。
北半球では、地表の最高気温は8月と9月に、最低気温は2月と3月に発生し、総熱量は3月に最低になります。[ 6 ]これは、寒い月に崩壊した季節的な水温躍層が再び形成され始める時期です。
恒久的な水温躍層とは、季節の影響を受けず、年間混合層の最大深度より下にある水温躍層のことである。[ 7 ]
湖でも水温躍層が観察されます。寒冷地では、これは成層と呼ばれる現象につながります。夏の間、密度が低い暖かい水は、水温躍層によって隔てられた、より冷たく密度の高い深い水の上にあります。暖かい層は表水層、冷たい層は深水層と呼ばれます。暖かい水は日中太陽にさらされるため、安定したシステムが存在し、特に穏やかな天候では、暖かい水と冷たい水の混合はほとんど起こりません。
この安定性の結果、夏が進むにつれて、水温躍層より下の水は表面に循環せず、水中の生物が利用可能な酸素を消費するため、水温躍層より下の酸素濃度は徐々に低下します。冬が近づくと、夜間の冷却が熱伝達を支配するため、表層水の温度は低下します。冷却された表層水の密度が深層水の密度よりも高くなる地点に達すると、密度の高い表層水が重力の影響で沈下し、転覆が始まります。このプロセスは、風や、水を攪拌するその他のプロセス（例えば海流）によって促進されます。この効果は北極海や南極海でも発生し、酸素濃度は低いものの、元の表層水よりも栄養分が豊富な水が表面に上昇します。この表層における栄養分の濃縮は、植物プランクトンの大量発生を引き起こし、これらの海域を生産性の高いものにする可能性があります。
気温が下がり続けると、水面が凍るほど冷たくなり、湖や海が氷で覆われ始めます。すると、最も密度の高い水（4 ℃ ）が底に沈み、密度の低い水（氷点に近づいている水）が上部に上昇する、新たな水温躍層が形成されます。この新たな成層が確立されると、氷が溶けて水面温度が4 ℃まで上昇し、「春の循環」が起こるまで水温が上昇し続けます。この循環の間には、水温上昇帯が形成されることがあります。
水温躍層では波が発生することがあり、その結果、一箇所で測定される水温躍層の深さが振動する（通常は静振の一種）。あるいは、隆起した海底を流れる水流によって波が発生することもあり、その場合、水温躍層波は時間とともに変化しないが、流れの中を移動したり、流れに逆らって移動したりすると深さが変化する。
対流圏（下層大気）と成層圏（上層大気）の間の熱境界は、温度躍層です。一般的に気温は高度とともに低下しますが、日中に太陽光にさらされた熱は夜間に放出され、地表付近に暖かい領域ができ、その上空に冷たい空気が広がることがあります。これは逆転層（温度躍層のもう一つの例）として知られています。日の出時には、太陽のエネルギーが地表を温め、暖かい空気が上昇するため、逆転層が不安定になり、最終的には逆転します。この現象は、1960年代に初めて騒音公害の研究分野に応用され、都市高速道路や防音壁の設計に貢献しました。[ 8 ]