Si forma una brezza marina quando l'aria più pesante e fredda sopra l'acqua si sposta verso l'interno mentre l'aria interna più leggera e calda aumenta, creando una brezza. La causa principale delle brezze marine sono le irregolarità della temperatura tra terra e oceano, perché la terra si riscalda più velocemente dell'acqua.
Secondo USA Today, terra e acqua si riscaldano a ritmi diversi perché l'acqua ha una maggiore capacità termica. Mentre la terra si riscalda rapidamente, l'aria sopra di esso diventa più calda, e questa aria più calda e meno densa aumenta, creando un fronte di pressione. Nel frattempo, l'oceano si riscalda più lentamente e l'aria è fresca e densa di umidità. Poiché l'aria calda sulla terra si sta alzando, l'aria fresca proveniente dal mare si precipita a riempire gli spazi vuoti. Questo processo crea vento.
Secondo l'Università dell'Illinois, le brezze marine si verificano durante i primi pomeriggi perché il sole ha avuto il tempo di riscaldare la terra e l'acqua. Le brezze marine si verificano anche durante la primavera e all'inizio dell'estate, quando l'acqua mantiene ancora le fresche temperature invernali.
Spesso, la brezza marina è accompagnata da nuvole perché, mentre l'aria fresca umida si sposta verso l'interno, si riscalda e si condensa in nuvole. Queste nuvole sono conosciute come la brezza marina.