Havet og atmosfæren kan arbeide sammen slik at det spontant gir interne klimavariasjoner som kan vedvare i mange år til tiår av gangen. Eksempler på denne type variasjoner er El Niño, den den tiårige svingingen i Stillehavet og den atlantiske multidekadiske svingningen. Disse variasjonene kan påvirke den globale gjennomsnittlige overflatetemperaturen ved å omfordele varme mellom dyphavet og atmosfæren og/eller å endre forholdet mellom skyder, vanndamp og havis, noe som kan påvirke det totale energibudsjett på jorden.