Las termoclinas también se pueden observar en lagos. En climas más fríos, esto conduce a un fenómeno llamado estratificación. Durante el verano, el agua tibia, que es menos densa, se colocará encima de agua más fría, más densa y más profunda con una termoclina que las separa. La capa cálida se llama epilimnion y la capa fría se llama hipolimnion. Debido a que el agua tibia se expone al sol durante el día, existe un sistema estable y se produce muy poca mezcla de agua tibia y agua fría, particularmente en clima tranquilo.
Uno de los resultados de esta estabilidad es que, a medida que avanza el verano, hay cada vez menos oxígeno por debajo de la termoclina, ya que el agua por debajo de la termoclina nunca circula a la superficie y los organismos en el agua agotan el oxígeno disponible. A medida que se acerca el invierno, la temperatura del agua superficial bajará a medida que el enfriamiento nocturno domine la transferencia de calor. Se llega a un punto en el que la densidad del agua superficial de enfriamiento es mayor que la densidad del agua profunda y el vuelco comienza a medida que el agua superficial densa se mueve hacia abajo bajo la influencia de la gravedad. Este proceso es ayudado por el viento o cualquier otro proceso (corrientes, por ejemplo) que agita el agua. Este efecto también se produce en las aguas árticas y antárticas, trayendo agua a la superficie que, aunque baja en oxígeno, es más rica en nutrientes que el agua de superficie original. Este enriquecimiento de los nutrientes de la superficie puede producir floraciones de fitoplancton, haciendo que estas áreas sean productivas.
A medida que la temperatura continúa bajando, el agua en la superficie puede enfriarse lo suficiente como para congelarse y el lago/océano comienza a helarse. Se desarrolla una nueva termoclina donde el agua más densa (4 °C (39 °F)) se hunde hasta el fondo, y el agua menos densa (agua que se aproxima al punto de congelación) se eleva hasta la parte superior. Una vez que se establece esta nueva estratificación, dura hasta que el agua se calienta lo suficiente para el ‘recambio de primavera’, que ocurre después de que el hielo se derrite y la temperatura del agua superficial aumenta a 4 °C. Durante esta transición, puede desarrollarse una barra térmica.
Las ondas pueden ocurrir en la termoclina, haciendo que la profundidad de la termoclina medida en un solo lugar oscile (generalmente como una forma de seiche). Alternativamente, las ondas pueden ser inducidas por el flujo sobre un fondo elevado, produciendo una onda de termoclina que no cambia con el tiempo, sino que varía en profundidad a medida que uno se mueve hacia o contra el flujo.