درجة حرارة سطح البحر (أو درجة حرارة سطح المحيط)، هي درجة حرارة مياه المحيط القريبة من السطح. ويختلف التعريف الدقيق لـ"السطح" في الأدبيات والممارسات العملية، لكنه عادةً ما يشير إلى الطبقة التي تمتد من 1 مليمتر (0.04 بوصة) وحتى 20 مترًا (70 قدمًا) تحت سطح البحر. تؤثر درجات حرارة سطح البحر بشكل كبير على الكتل الهوائية في غلاف الأرض الجوي على مسافة قصيرة من الشاطئ. وتلعب الدورة الحرارية الملحية دورًا رئيسيًا في التأثير على متوسط درجات حرارة سطح البحر في معظم محيطات العالم.
يمكن أن تؤدي درجات حرارة سطح البحر الدافئة إلى نشوء وتقوية الأعاصير فوق المحيط، كما أن الأعاصير المدارية يمكن أن تترك أثرًا بارداً خلفها، ويُعرف هذا بالأثر البارد أو "الذيل البارد"، وهو نتيجة للخلط المضطرب في الطبقة العليا التي تصل إلى 30 مترًا (100 قدم) من مياه المحيط.
تتغير درجة حرارة سطح البحر خلال النهار بطريقة مشابهة لتغير درجة حرارة الهواء فوقها، ولكن بدرجة أقل. وتكون الفروقات في درجة حرارة سطح البحر أقل في الأيام العاصفة منها في الأيام الهادئة.
يمكن أن تتسبب درجات حرارة سطح البحر الساحلية في توليد الرياح البحرية رياحًا شاطئية تؤدي إلى الرفع الرأسي للمياه، وهو ما قد يبرّد أو يدفئ الكتل اليابسة المجاورة بشكل كبير. ومع ذلك، فإن المياه الضحلة فوق الرف القاري غالبًا ما تكون أكثر دفئًا. أما الرياح القادمة من البحر نحو اليابسة، فيمكن أن تؤدي إلى ارتفاع ملحوظ في درجات الحرارة حتى في المناطق التي يشهد فيها الرفع الرأسي استمرارية نسبية، مثل الساحل الشمالي الغربي لأمريكا الجنوبية.
تشكل قيم درجة حرارة سطح البحر في المناطق الساحلية عنصرًا مهمًا في نماذج التنبؤ العددي بالطقس، حيث إن درجة حرارة سطح البحر تؤثر على الغلاف الجوي العلوي، ما يسهم في تكوّن نسيم البحر وضباب البحر.
من المرجح جدًا أن متوسط درجة حرارة سطح البحر عالميًا قد ارتفع بمقدار 0.88 درجة مئوية خلال الفترة من 1850–1900 إلى 2011–2020 نتيجة الاحتباس الحراري، حيث حدث الجزء الأكبر من هذا الارتفاع (0.60 درجة مئوية) بين عامي 1980 و2020. وتُسجّل درجات الحرارة في اليابسة معدلات ارتفاع أسرع من تلك المسجلة في المحيطات، ويُعزى ذلك إلى أن المحيطات تمتص حوالي 90% من الحرارة الزائدة الناتجة عن تغير المناخ.