Температура поверхностного слоя воды моря сильно меняется в зависимости от сезона в разных частях моря. В летний период поверхностные воды заливов и центральной части моря прогреваются до 15—17 °C, в то же время в Онежском заливе и Горле — не выше 9 °C. Зимой температура поверхностных вод понижается до −1,3…-1,7 °C в центре и на севере моря, в заливах — до −0,5…-0,7 °C.