Une brise de mer se forme lorsque l'air plus lourd et plus froid au-dessus de l'eau se déplace à l'intérieur des terres tandis que l'air intérieur plus léger et plus chaud s'élève, créant une brise. La principale cause des brises de mer est les irrégularités de température entre la terre et l'océan, car la terre se réchauffe plus vite que l'eau.
Selon USA Today, la terre et l'eau se réchauffent à des rythmes différents car l'eau a une plus grande capacité calorifique. À mesure que la terre se réchauffe rapidement, l'air au-dessus se réchauffe et cet air plus chaud et moins dense s'élève, créant un front de pression. Pendant ce temps, l'océan se réchauffe plus lentement et l'air est frais et dense avec de l'humidité. Parce que l'air chaud au-dessus de la terre monte, l'air frais de la mer se précipite pour combler les lacunes. Ce processus crée du vent.
Selon l'Université de l'Illinois, les brises de mer se produisent en début d'après-midi parce que le soleil a eu le temps de réchauffer la terre et l'eau. Les brises de mer se produisent également au printemps et au début de l'été lorsque l'eau maintient encore les températures fraîches de l'hiver.
Souvent, les brises de mer sont accompagnées de nuages car, à mesure que l'air frais et humide se déplace à l'intérieur des terres, il se réchauffe et se condense en nuages. Ces nuages sont connus sous le nom de front de brise marine.