สามารถกำหนดระดับน้ำขึ้นน้ำลงอ้างอิงได้ดังต่อไปนี้ โดยเรียงจากระดับสูงสุดไปจนถึงระดับต่ำสุด:

• ระดับน้ำขึ้นสูงสุดทางดาราศาสตร์ (HAT) – ระดับน้ำขึ้นสูงสุดที่สามารถคาดการณ์ได้ว่าจะเกิดขึ้น โปรดทราบว่าสภาพอากาศอาจทำให้ระดับน้ำขึ้นสูงสุด (HAT) สูงขึ้นได้
• ระดับน้ำขึ้นสูงสุดเฉลี่ยในช่วงน้ำขึ้นสูงสุด (MHWS) – ค่าเฉลี่ยของระดับน้ำขึ้นสูงสุดสองครั้งในวันที่น้ำขึ้นสูงสุด
• ระดับน้ำขึ้นสูงสุดเฉลี่ยในช่วงน้ำลงน้อย (MHWN) – ค่าเฉลี่ยของระดับน้ำขึ้นสองครั้งในวันที่น้ำลงน้อย
• ระดับน้ำทะเลเฉลี่ย (MSL) – นี่คือระดับน้ำทะเลโดยเฉลี่ย ระดับน้ำทะเลเฉลี่ยจะคงที่สำหรับทุกสถานที่ในช่วงระยะเวลานาน
• ระดับน้ำลงเฉลี่ยในวันน้ำลงน้อย (MLWN) – ค่าเฉลี่ยของระดับน้ำลงสองครั้งในวันที่น้ำลงน้อย
• ระดับน้ำลงต่ำสุดเฉลี่ยในช่วงน้ำขึ้นสูงสุด (MLWS) – ค่าเฉลี่ยของระดับน้ำลงสองครั้งในวันที่น้ำขึ้นสูงสุด
• น้ำขึ้นต่ำสุดทางดาราศาสตร์ (LAT) – น้ำขึ้นต่ำสุดที่สามารถคาดการณ์ได้ว่าจะเกิดขึ้น ^{[ 7 ]}

ช่วงครึ่งวัน (ความแตกต่างของระดับความสูงระหว่างน้ำขึ้นและน้ำลงในช่วงประมาณครึ่งวัน) จะแปรผันเป็นวัฏจักรสองสัปดาห์ ประมาณสองครั้งต่อเดือน ในช่วงข้างขึ้นและข้างแรม เมื่อ ดวงอาทิตย์ดวงจันทร์ และโลกเรียงตัวเป็นเส้นตรง (การจัดเรียงที่เรียกว่าsyzygy ^{[ 8 ]} ) แรงน้ำขึ้นน้ำลงเนื่องจากดวงอาทิตย์จะเสริมแรงเนื่องจากดวงจันทร์ ช่วงน้ำขึ้นน้ำลงจึงสูงสุด เรียกว่าน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุด (spring tide ) ชื่อนี้ไม่ได้ตั้งตามฤดูกาลแต่มาจากความหมายว่า "กระโดด พุ่งออกมา ขึ้น" เหมือนกับน้ำพุ ธรรมชาติ บางครั้งน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดก็เรียกว่า น้ำขึ้นน้ำลง แบบsyzygy ^{[ 9 ]}

เมื่อดวงจันทร์อยู่ในช่วงข้างขึ้นครึ่งดวงหรือข้างแรมครึ่งดวง ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์จะอยู่ห่างกัน 90° เมื่อมองจากโลก (อยู่ในมุมฉาก ) และแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์จะหักล้างแรงดึงดูดของดวงจันทร์บางส่วน ในช่วงเวลาดังกล่าวของวัฏจักรดวงจันทร์ ระดับน้ำขึ้นน้ำลงจะอยู่ในระดับต่ำสุด ซึ่งเรียกว่าน้ำขึ้นน้ำลงน้อยหรือneapsคำว่า "Neap" เป็นคำในภาษาแองโกล-แซกซอน หมายถึง "ปราศจากพลัง" ^{[ 10 ]} บางครั้งน้ำขึ้นน้ำลงน้อยก็เรียกว่า น้ำขึ้น น้ำลงแบบมุมฉาก^{[ 9 ]}

น้ำขึ้นสูงสุดในช่วงน้ำขึ้นน้ำลงเต็มที่ (Spring tides) จะทำให้ระดับน้ำสูงกว่าค่าเฉลี่ย ระดับน้ำลงต่ำสุดต่ำกว่าค่าเฉลี่ยช่วงเวลาน้ำนิ่งสั้นกว่าค่าเฉลี่ย และกระแสน้ำแรงกว่าค่าเฉลี่ย ส่วนน้ำขึ้นน้ำลงต่ำสุดในช่วงน้ำขึ้นน้ำลงน้อย (Neap tides) จะมีสภาพน้ำขึ้นน้ำลงที่อ่อนกว่า โดยมีช่วงเวลาระหว่างน้ำขึ้นสูงสุดและน้ำขึ้นน้ำลงต่ำสุดประมาณเจ็ดวัน

• 
  น้ำขึ้นสูงสุด:ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ด้านเดียวกัน (0°)
• 
  น้ำลงช่วงน้ำน้อย:ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ทำมุม 90° กัน
• 
  น้ำขึ้นสูงสุด:ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ตรงข้ามกัน (180°)
• 
  น้ำขึ้นน้ำลงน้อย:ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ที่ 270°
• 
  น้ำขึ้นสูงสุด:ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ด้านเดียวกัน (วัฏจักรเริ่มต้นใหม่)

ในสถานที่ส่วนใหญ่ องค์ประกอบที่ใหญ่ที่สุดคือน้ำขึ้นน้ำลงกึ่งรายวันหลักของดวงจันทร์หรือที่รู้จักกันในชื่อองค์ประกอบน้ำขึ้นน้ำลง M2หรือองค์ประกอบน้ำขึ้นน้ำลงM มีคาบประมาณ 12 ชั่วโมง 25.2 นาที ซึ่งเท่ากับครึ่งหนึ่งของวันน้ำขึ้นน้ำลงตามดวงจันทร์ซึ่งเป็นเวลาเฉลี่ยระหว่างจุดสูงสุดของดวง จันทร์ครั้งหนึ่ง กับครั้งถัดไป และเป็นเวลาที่โลกหมุนรอบตัวเองหนึ่งรอบเมื่อเทียบกับดวงจันทร์นาฬิกาน้ำขึ้นน้ำลง แบบง่ายๆ จะติดตามองค์ประกอบนี้ วันตามดวงจันทร์ยาวกว่าวันตามดวงอาทิตย์เพราะดวงจันทร์โคจรไปในทิศทางเดียวกับการหมุนของโลก

ดวงจันทร์โคจรรอบโลกในทิศทางเดียวกับการหมุนรอบแกนของโลก ดังนั้นจึงใช้เวลามากกว่าหนึ่งวันเล็กน้อย—ประมาณ 24 ชั่วโมง 50 นาที—กว่าดวงจันทร์จะกลับมาอยู่ที่ตำแหน่งเดิมบนท้องฟ้า ในช่วงเวลานี้ ดวงจันทร์จะผ่านเหนือศีรษะ ( จุดสูงสุด ) หนึ่งครั้งและผ่านใต้เท้าหนึ่งครั้ง (ที่มุมชั่วโมง 00:00 และ 12:00 ตามลำดับ) ดังนั้นในหลายๆ ที่ ช่วงเวลาที่มีแรงดึงดูดจากดวงจันทร์ต่อน้ำขึ้นน้ำลงมากที่สุดคือช่วงเวลาดังกล่าว ประมาณ 12 ชั่วโมง 25 นาที ช่วงเวลาที่น้ำขึ้นสูงสุดไม่จำเป็นต้องเป็นตอนที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้จุดสูงสุดหรือต่ำสุดมากที่สุด แต่ช่วงเวลาของแรงดึงดูดจากดวงจันทร์ต่อน้ำขึ้นน้ำลงยังคงเป็นตัวกำหนดเวลาKระหว่างน้ำขึ้นและน้ำลงแต่ละครั้ง

เนื่องจากสนามโน้มถ่วงที่เกิดจากดวงจันทร์จะอ่อนลงเมื่อระยะห่างจากดวงจันทร์เพิ่มขึ้น จึงทำให้แรงดึงดูดระหว่างโลกกับดวงจันทร์มีมากกว่าค่าเฉลี่ยเล็กน้อย และมีน้อยกว่าค่าเฉลี่ยเล็กน้อยในด้านตรงข้าม ดังนั้นดวงจันทร์จึงมีแนวโน้มที่จะ "ยืด" โลกเล็กน้อยตามแนวเส้นที่เชื่อมต่อระหว่างสองวัตถุ โลกที่เป็นของแข็งจะเสียรูปไปเล็กน้อย แต่เนื่องจากน้ำในมหาสมุทรเป็นของเหลว จึงสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมากขึ้นตามแรงดึงดูดของดวงจันทร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแนวนอน (ดูน้ำขึ้นน้ำลงสมดุล )

เนื่องจากโลกหมุนรอบตัวเอง ขนาดและทิศทางของแรงดึงดูดระหว่างโลกและน้ำทะเล ณ จุดใดจุดหนึ่งบนพื้นผิวโลกจึงเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา แม้ว่ามหาสมุทรจะไม่เคยเข้าสู่สภาวะสมดุล—เพราะไม่มีเวลาให้ของเหลว "ตามทัน" สภาวะที่จะเกิดขึ้นในที่สุดหากแรงดึงดูดระหว่างโลกและน้ำทะเลคงที่—แต่แรงดึงดูดระหว่างโลกและน้ำทะเลที่เปลี่ยนแปลงไปก็ทำให้ระดับน้ำทะเลเปลี่ยนแปลงไปอย่างเป็นจังหวะ

เมื่อมีน้ำขึ้นสองครั้งในแต่ละวันที่มีความสูงต่างกัน (และน้ำลงสองครั้งที่มีความสูงต่างกันเช่นกัน) รูปแบบนี้เรียกว่า น้ำขึ้น น้ำลงแบบผสมกึ่งรายวัน^{[ 13 ]}

ระยะห่างที่เปลี่ยนแปลงระหว่างดวงจันทร์และโลกส่งผลต่อระดับน้ำขึ้นน้ำลงเช่นกัน เมื่อดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกที่สุด ณ จุดใกล้โลกที่สุด(perigee ) ช่วงระดับน้ำขึ้นน้ำลงจะเพิ่มขึ้น และเมื่อดวงจันทร์อยู่ไกล โลกที่สุด (apogee ) ช่วงระดับน้ำขึ้นน้ำลงจะลดลง ปีละหกถึงแปดครั้งที่จุดใกล้โลกที่สุดจะตรงกับช่วงข้างขึ้นหรือข้างแรม ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดในช่วงที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกที่สุด (perigean spring tide) ซึ่งมี ช่วงระดับน้ำขึ้นน้ำลงมากที่สุด ความแตกต่างระหว่างระดับน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดในช่วงที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกที่สุดกับระดับน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดในช่วงที่ดวงจันทร์อยู่ไกลโลกที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่ง แต่อาจสูงกว่าถึงหนึ่งฟุต^{[ 14 ]}

ส่วนประกอบประมาณ 62 รายการมีขนาดเพียงพอที่จะถือว่ามีประโยชน์ในการทำนายกระแสน้ำในทะเล^{[ 15 ]}ซึ่งรวมถึงผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ความเอียงของเส้นศูนย์สูตรและแกนหมุนของโลก ความเอียงของระนาบวงโคจรของดวงจันทร์ และรูปร่างวงรีของวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์

องค์ประกอบน้ำตื้นประกอบด้วยน้ำขึ้นน้ำลงซึ่งเป็นฮาร์โมนิกที่สูงกว่าของความถี่น้ำขึ้นน้ำลงหลักเพียงความถี่เดียว และน้ำขึ้นน้ำลงแบบผสมซึ่งเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบหลักของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ แม้ว่าโดยทั่วไปจะมีแอมพลิจูดน้อยกว่าศักยภาพน้ำขึ้นน้ำลง พื้นฐาน แต่องค์ประกอบเหล่านี้จะปรับเปลี่ยนความไม่สมมาตรระหว่างน้ำขึ้นและน้ำลงในปากแม่น้ำและบริเวณไหล่ทวีป^{[ 16 ] [ 17 ]}

เนื่องจาก องค์ประกอบน้ำขึ้นน้ำลง M มีอิทธิพลเหนือกว่าในสถานที่ส่วนใหญ่ ระดับหรือเฟสของน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งระบุด้วยเวลาเป็นชั่วโมงหลังจากน้ำขึ้นสูงสุด จึงเป็นแนวคิดที่มีประโยชน์ ระดับน้ำขึ้นน้ำลงยังวัดเป็นองศา โดยมี 360° ต่อรอบน้ำขึ้นน้ำลง เส้นที่มีเฟสน้ำขึ้นน้ำลงคงที่เรียกว่าเส้นโคไทดัลซึ่งคล้ายกับเส้นชั้นความสูงคงที่บนแผนที่ภูมิประเทศและเมื่อนำมาพล็อตเป็นแผนที่โคไทดัลหรือแผนภูมิโคไทดัล [ ^{20 ] น้ำ}ขึ้นสูงสุดจะเกิดขึ้นพร้อมกันตามแนวเส้นโคไทดัลที่ทอดยาวจากชายฝั่งออกไปในมหาสมุทร และเส้นโคไทดัล (และด้วยเหตุนี้เฟสน้ำขึ้นน้ำลง) จะเคลื่อนไปตามชายฝั่ง องค์ประกอบเฟสกึ่งรายวันและเฟสยาวจะวัดจากน้ำขึ้นสูงสุด องค์ประกอบเฟสรายวันจะวัดจากน้ำขึ้นสูงสุด ข้อความนี้และการอภิปรายที่ตามมานั้นถูกต้องเฉพาะสำหรับองค์ประกอบน้ำขึ้นน้ำลงเพียงองค์ประกอบเดียวเท่านั้น

สำหรับมหาสมุทรที่มีรูปร่างเป็นแอ่งวงกลมล้อมรอบด้วยชายฝั่ง เส้นน้ำขึ้นน้ำลงจะชี้เข้าด้านในในแนวรัศมีและจะต้องมาบรรจบกันที่จุดร่วมจุดหนึ่ง ซึ่งเรียกว่าจุดแอมฟิโดรมิก จุดแอมฟิโดรมิกเป็นจุดที่น้ำขึ้นและน้ำลงอยู่ในระดับเดียวกัน ซึ่งเป็นไปตามเงื่อนไข ที่ว่าการเคลื่อนที่ของน้ำขึ้นน้ำลง เป็นศูนย์ (ข้อยกเว้นที่หายากเกิดขึ้นเมื่อน้ำขึ้นน้ำลงล้อมรอบเกาะ เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นรอบนิวซีแลนด์ไอซ์แลนด์และมาดากัสการ์ ) การเคลื่อนที่ของน้ำขึ้นน้ำลงโดยทั่วไปจะลดลงเมื่อเคลื่อนห่างจากชายฝั่งทวีป ดังนั้นเส้นโค้งที่ตัดกับเส้นน้ำขึ้นน้ำลงจะมีความสูง คงที่ (ครึ่งหนึ่งของระยะห่างระหว่างน้ำขึ้นและน้ำลง) ซึ่งจะลดลงจนเป็นศูนย์ที่จุดแอมฟิโดรมิก สำหรับน้ำขึ้นน้ำลงแบบครึ่งวัน จุดแอมฟิโดรมิกสามารถนึกภาพได้คร่าวๆ เหมือนกับจุดศูนย์กลางของหน้าปัดนาฬิกา โดยเข็มชั่วโมงชี้ไปในทิศทางของเส้นน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับเส้นน้ำลงน้ำลงโดยตรง ระดับน้ำขึ้นจะหมุนรอบจุดแอมฟิโดรมิกหนึ่งรอบทุกๆ 12 ชั่วโมงในทิศทางของเส้นน้ำขึ้นน้ำลง และหมุนออกจากเส้นน้ำลง การหมุนนี้เกิดจากผลของโคริโอลิสโดยทั่วไปจะหมุนตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้และหมุนทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ ความแตกต่างของเฟสน้ำขึ้นน้ำลงจากเฟสของน้ำขึ้นน้ำลงอ้างอิงคือยุคสมัยน้ำขึ้นน้ำลงอ้างอิงคือ "น้ำขึ้นน้ำลงสมดุล" สมมติฐานบนโลกที่ไม่มีแผ่นดินซึ่งวัดที่ลองจิจูด 0° เส้นเมริเดียนกรีนิช^{[ 21 ]}

ในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือ เนื่องจากเส้นน้ำขึ้นน้ำลงหมุนทวนเข็มนาฬิการอบจุดแอมฟิโดรมิกน้ำขึ้นจึงผ่านท่าเรือนิวยอร์กเร็วกว่าท่าเรือนอร์ฟอล์กประมาณหนึ่งชั่วโมง ทางใต้ของแหลมแฮตเทอรัส แรงน้ำขึ้นน้ำลงมีความซับซ้อนมากกว่า และไม่สามารถคาดการณ์ได้อย่างน่าเชื่อถือโดยอาศัยเส้นน้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือเพียงอย่างเดียว

ใน ประเพณีก่อนวิทยาศาสตร์กระแสน้ำขึ้นน้ำลงถูกเชื่อมโยงกับสาเหตุในตำนานหรือความเชื่อเรื่องวิญญาณ โดยวรรณกรรม อินเดียและเอเชียตะวันออกบรรยายถึงทะเลว่าหายใจหรือเต้นเป็นจังหวะเหมือนสิ่งมีชีวิต เรื่องราวอื่นๆ อ้างถึงกิจกรรมของ พลัง เหนือธรรมชาติในทะเลเพื่ออธิบายการขึ้นและลงของน้ำเป็นระยะๆ^{[ 22 ] [ 23 ]}

การศึกษาฟิสิกส์เกี่ยวกับน้ำขึ้นน้ำลงมีความสำคัญต่อการพัฒนาช่วงแรกของกลศาสตร์ท้องฟ้าโดยมีการอธิบายการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งต่อวันด้วยแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ ต่อมาน้ำขึ้นน้ำลงรายวันได้รับการอธิบายอย่างแม่นยำยิ่งขึ้นด้วยปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์

เซเลอุคัสแห่งเซเลอุเซียตั้งทฤษฎีไว้ราว 150 ปีก่อนคริสตกาลว่าน้ำขึ้นน้ำลงเกิดจากอิทธิพลของดวงจันทร์ อิทธิพลของดวงจันทร์ที่มีต่อแหล่งน้ำยังถูกกล่าวถึงในTetrabiblosของปโตเลมีด้วย^{[ b ]}

ในDe temporum ratione ( การคำนวณเวลา ) ของเบเดในปี 725 เบเดได้เชื่อมโยงน้ำขึ้นน้ำลงครึ่งวันและปรากฏการณ์ความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงที่แปรผันกับดวงจันทร์และข้างขึ้นข้างแรมของดวงจันทร์ เบเดเริ่มต้นด้วยการสังเกตว่าน้ำขึ้นและน้ำลงช้าลง 4/5 ชั่วโมงในแต่ละวัน เช่นเดียวกับที่ดวงจันทร์ขึ้นและตกช้าลง 4/5 ชั่วโมง^{[ 25 ]}เขายังเน้นย้ำว่าในสองเดือนจันทรคติ (59 วัน) ดวงจันทร์โคจรรอบโลก 57 ครั้ง และมีน้ำขึ้นน้ำลง 114 ครั้ง^{[ 26 ]}จากนั้นเบเดสังเกตว่าความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงแปรผันไปตลอดทั้งเดือน น้ำขึ้นน้ำลงที่เพิ่มขึ้นเรียกว่าmalinaeและน้ำลงที่ลดลงเรียกว่าledonesและเดือนนั้นถูกแบ่งออกเป็นสี่ส่วน ส่วนละเจ็ดหรือแปดวัน โดยมีmalinaeและledones สลับกัน ^{[ 27 ]}ในข้อความเดียวกันนี้ เขายังตั้งข้อสังเกตถึงผลกระทบของลมที่ขัดขวางน้ำขึ้นน้ำลงด้วย^{[ 27 ]}เบเดยังบันทึกไว้ด้วยว่าเวลาน้ำขึ้นน้ำลงแตกต่างกันไปในแต่ละสถานที่ ทางเหนือของสถานที่ที่เบเดอาศัยอยู่ ( มงค์เวียร์เมาท์ ) น้ำขึ้นน้ำลงจะมาเร็วกว่า ทางใต้จะมาช้ากว่า^{[ 28 ]}เขาอธิบายว่าน้ำขึ้นน้ำลง "ละทิ้งชายฝั่งเหล่านี้เพื่อที่จะสามารถท่วม [ชายฝั่ง] อื่นๆ ได้มากขึ้นเมื่อมาถึงที่นั่น" โดยสังเกตว่า "ดวงจันทร์ซึ่งเป็นสัญญาณของการขึ้นของน้ำขึ้นที่นี่ เป็นสัญญาณของการถอยกลับในภูมิภาคอื่นๆ ที่อยู่ไกลออกไปจากส่วนนี้ของท้องฟ้า" ^{[ 28 ]}

ความเข้าใจเรื่องน้ำขึ้นน้ำลงในยุคกลางตอนปลายส่วนใหญ่มาจากผลงานของนักดาราศาสตร์มุสลิมซึ่งมีให้ใช้งานผ่านการแปลภาษาละตินตั้งแต่ศตวรรษที่ 12 ^{[ 29 ]}อบู มาอ์ชาร์ อัล-บัลคี (เสียชีวิตประมาณ ค.ศ. 886) ในหนังสือ Introductorium in astronomiam ของเขา สอนว่าน้ำขึ้นน้ำลงเกิดจากดวงจันทร์^{[ 29 ]}อบู มาอ์ชาร์ ได้อภิปรายถึงผลกระทบของลมและข้างขึ้นข้างแรมของดวงจันทร์ที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ต่อน้ำขึ้นน้ำลง^{[ 29 ]}ในศตวรรษที่ 12 อัล-บิตรูจี (เสียชีวิตประมาณ ค.ศ. 1204) ได้เสนอแนวคิดว่าน้ำขึ้นน้ำลงเกิดจากการหมุนเวียนทั่วไปของท้องฟ้า^{[ 29 ]}

ไซมอน สเตวินในหนังสือDe spiegheling der Ebbenvloet ( ทฤษฎีน้ำขึ้นน้ำลง ) ปี 1608 ของเขา ได้ปฏิเสธความเข้าใจผิดจำนวนมากที่ยังคงมีอยู่เกี่ยวกับน้ำขึ้นน้ำลง สเตวินสนับสนุนแนวคิดที่ว่าแรงดึงดูดของดวงจันทร์เป็นสาเหตุของน้ำขึ้นน้ำลง และได้กล่าวถึงน้ำลง น้ำขึ้น น้ำขึ้นสูงสุดและ น้ำขึ้น ต่ำสุด อย่างชัดเจน โดยเน้นย้ำว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม^{[ 30 ] [ 31 ]}

ในปี ค.ศ. 1609 โยฮันเนส เคปเลอร์ได้เสนออย่างถูกต้องว่าแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลง^{[ c ]}ซึ่งเขาอ้างอิงจากการสังเกตและความสัมพันธ์ในสมัยโบราณ

กาลิเลโอ กาลิเลอีในบทสนทนาเรื่องระบบโลกหลักสองระบบใน ปี ค.ศ. 1632 ซึ่งมีชื่อชั่วคราวว่าบทสนทนาเรื่องน้ำขึ้นน้ำลง ได้ทำให้ทฤษฎีน้ำขึ้นน้ำลงเป็นองค์ประกอบสำคัญในการปกป้องทฤษฎีสุริยจักรวาลของโคเปอร์นิ คัส โดยเสนอว่าน้ำขึ้นน้ำลงเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่รวมกันของการหมุนและการโคจรของโลก เขาปฏิเสธข้อเสนอของเคปเลอร์อย่างชัดเจนว่าดวงจันทร์มีอิทธิพลต่อทะเลโดยมองว่าแรงดึงดูดของดวงจันทร์ดังกล่าวเป็นการอ้างถึง คุณสมบัติ ลึกลับมากกว่าสาเหตุที่เข้าใจได้ด้วยกลไก^{[ 33 ]}

ไอแซค นิวตัน (1642–1727) เป็นบุคคลแรกที่อธิบายปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงว่าเป็นผลมาจากแรงดึงดูดของมวลดาราศาสตร์ คำอธิบายเกี่ยวกับน้ำขึ้นน้ำลง (และปรากฏการณ์อื่นๆ อีกมากมาย) ของเขาได้รับการตีพิมพ์ในPrincipia (1687) ^{[ 34 ] [ 35 ]}และใช้ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงสากล ของเขา เพื่ออธิบายแรงดึงดูดของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ว่าเป็นต้นกำเนิดของแรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลง^{[ d ]} นิวตันและคนอื่นๆ ก่อนปิแอร์-ไซมอน ลาปลาซได้ศึกษาปัญหาจากมุมมองของระบบสถิต (ทฤษฎีสมดุล) ซึ่งให้ค่าประมาณที่อธิบายน้ำขึ้นน้ำลงที่จะเกิดขึ้นในมหาสมุทรที่ไม่เฉื่อยซึ่งครอบคลุมทั่วทั้งโลกอย่างสม่ำเสมอ^{[ 34 ]}แรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลง (หรือศักยภาพ ที่สอดคล้องกัน ) ยังคงมีความเกี่ยวข้องกับทฤษฎีน้ำขึ้นน้ำลง แต่เป็นปริมาณตัวกลาง (ฟังก์ชันบังคับ) มากกว่าที่จะเป็นผลลัพธ์สุดท้าย ทฤษฎียังต้องพิจารณาการตอบสนองของกระแสน้ำขึ้นลงแบบไดนามิกสะสมของโลกต่อแรงที่ใช้ ซึ่งการตอบสนองนี้ได้รับอิทธิพลจากความลึกของมหาสมุทร การหมุนของโลก และปัจจัยอื่นๆ^{[ 36 ]}

ในปี ค.ศ. 1740 สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งราชบัณฑิตยสถานในปารีสได้มอบรางวัลสำหรับเรียงความเชิงทฤษฎีที่ดีที่สุดเกี่ยวกับน้ำขึ้นน้ำลงแดเนียล เบอร์นูลลีเลออนฮาร์ด ออยเลอร์โคลิน แมคลาอรินและอองตวน คาวาลเลอรีได้รับรางวัลร่วมกัน^{[ 37 ]}

แมคลาอรินใช้ทฤษฎีของนิวตันเพื่อแสดงให้เห็นว่าทรงกลมเรียบที่ปกคลุมด้วยมหาสมุทรที่ลึกพอสมควร ภายใต้แรงดึงดูดของวัตถุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเพียงชิ้นเดียว จะเป็น ทรงรี แบบยืดออก (โดยพื้นฐานแล้วคือรูปไข่สามมิติ) โดยมีแกนหลักชี้ไปทางวัตถุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างนั้น แมคลาอรินเป็นคนแรกที่เขียนเกี่ยวกับผลกระทบของการหมุน ของโลกต่อการเคลื่อนที่ ออยเลอร์ตระหนักว่าองค์ประกอบ แนวนอนของแรงดึงดูด(มากกว่าแนวตั้ง) เป็นตัวขับเคลื่อนน้ำขึ้นน้ำลง ในปี 1744 ฌอง เลอ รอนด์ ดาเลมแบร์ศึกษาเกี่ยวกับสมการน้ำขึ้นน้ำลงสำหรับชั้นบรรยากาศ ซึ่งไม่ได้รวมการหมุนของโลกไว้ด้วย

ในปี ค.ศ. 1770 เรือบาร์ค HMS Endeavourของเจมส์ คุกเกยตื้นบนแนวปะการังเกรตแบร์ริเออร์รีฟมีความพยายามที่จะลากเรือให้ลอยขึ้นอีกครั้งในช่วงน้ำขึ้นครั้งถัดไปแต่ไม่สำเร็จ แต่น้ำขึ้นหลังจากนั้นก็พัดเรือให้ลอยขึ้นได้อย่างง่ายดาย ในขณะที่เรือกำลังได้รับการซ่อมแซมที่ปากแม่น้ำเอนเดเวอร์คุกได้สังเกตน้ำขึ้นน้ำลงเป็นเวลาเจ็ดสัปดาห์ ในช่วงน้ำขึ้นน้อย น้ำขึ้นน้ำลงทั้งสองครั้งในหนึ่งวันจะใกล้เคียงกัน แต่ในช่วงน้ำขึ้นสูงสุด น้ำขึ้นสูงถึง7 ฟุต (2.1 เมตร)ในตอนเช้า แต่สูงถึง 9 ฟุต (2.7 เมตร)ในตอนเย็น^{[ 38 ]}  

ปิแอร์-ไซมอน ลาปลาซ ได้กำหนดระบบสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยที่เชื่อมโยงการไหลในแนวนอนของมหาสมุทรกับความสูงของพื้นผิว ซึ่งเป็นทฤษฎีพลศาสตร์หลักแรกสำหรับน้ำขึ้นน้ำลง สม การน้ำขึ้นน้ำลงของลาปลาซ ยังคงใช้กันอยู่ในปัจจุบันวิลเลียม ทอมสัน บารอนเคลวินที่ 1 ได้เขียนสมการของลาปลา ซขึ้นใหม่โดยใช้แนวคิดเรื่องความหมุนวนซึ่งทำให้สามารถหาคำตอบที่อธิบายคลื่นที่ถูกกักไว้ตามชายฝั่งซึ่งขับเคลื่อนโดยน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งรู้จักกันในชื่อคลื่นเคลวิน^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

นักวิทยาศาสตร์ คนอื่นๆ เช่น เคลวิน และอองรี ปวงกาเรได้พัฒนาทฤษฎีของลาปลาซต่อไป โดยอาศัยการพัฒนาเหล่านี้และทฤษฎีดวงจันทร์ของอี.ดับบลิว. บราวน์ที่อธิบายการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์อาร์เธอร์ โทมัส ดูดสันได้พัฒนาและตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2464 ^{[ 42 ]}การพัฒนาสมัยใหม่ครั้งแรกของศักยภาพในการสร้างน้ำขึ้นน้ำลงในรูปแบบฮาร์มอนิก: ดูดสันจำแนกความถี่น้ำขึ้นน้ำลงได้ 388 ความถี่^{[ 43 ]}วิธีการบางอย่างของเขายังคงถูกนำมาใช้^{[ 44 ]}

นับตั้งแต่สมัยโบราณ การสังเกตและการอภิปรายเกี่ยวกับน้ำขึ้นน้ำลงได้พัฒนาไปสู่ความซับซ้อนมากขึ้น โดยเริ่มจากการระบุการเกิดซ้ำในแต่ละวัน จากนั้นจึงศึกษาความสัมพันธ์ของน้ำขึ้นน้ำลงกับดวงอาทิตย์และดวงจันทร์

บันทึกการสังเกตการณ์น้ำขึ้นน้ำลงที่หลงเหลืออยู่ในช่วงต้นๆ ชี้ให้เห็นว่าระหว่างการเดินทางของเขาไปยังหมู่เกาะอังกฤษราว 325 ปีก่อนคริสตกาล พีเทียสได้สังเกตพฤติกรรมน้ำขึ้นน้ำลงที่แปรผันตามวัฏจักรของดวงจันทร์ ชิ้นส่วนที่ระบุว่ามาจากหนังสือOn the Ocean ของเขา แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงในยุคแรกๆ ระหว่างช่วงน้ำขึ้นน้ำลงและเฟสของดวงจันทร์^{[ 45 ]}

ในศตวรรษที่ 2 ก่อนคริสต์ศักราชเซลูคัสแห่งเซลูเซียนักดาราศาสตร์ชาวเฮล เลนิสติก ได้อธิบายปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงอย่างถูกต้องเพื่อสนับสนุนทฤษฎีสุริยจักรวาล ของเขา ^{[ 46 ]}เขาตั้งทฤษฎีอย่างถูกต้องว่าน้ำขึ้นน้ำลงเกิดจากดวงจันทร์แม้ว่าเขาจะเชื่อว่าปฏิสัมพันธ์นั้นเกิดขึ้นโดยอาศัยจิตวิญญาณเขาตั้งข้อสังเกตว่าน้ำขึ้นน้ำลงมีความแตกต่างกันทั้งในด้านเวลาและความแรงในส่วนต่างๆ ของโลก ตามที่สตรโบ (1.1.9) กล่าวไว้ เซลูคัสเป็นคนแรกที่เชื่อมโยงน้ำขึ้นน้ำลงกับแรงดึงดูดของดวงจันทร์ และความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดวงจันทร์เมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์^{[ 47 ]}

หนังสือNaturalis Historiaของพลินีผู้เฒ่าได้รวบรวมข้อมูลการสังเกตการณ์เกี่ยวกับน้ำขึ้นน้ำลงไว้มากมาย เช่น น้ำขึ้นสูงสุดจะเกิดขึ้นไม่กี่วันหลัง (หรือก่อน) พระจันทร์ขึ้นใหม่และพระจันทร์เต็มดวง และจะสูงที่สุดในช่วงวันวิษุวัต แม้ว่าพลินีจะบันทึกความสัมพันธ์หลายอย่างที่ปัจจุบันถือว่าเป็นเรื่องเพ้อฝันก็ตาม ในหนังสือภูมิศาสตร์ ของ สตรโบ เขาได้บรรยายถึงน้ำขึ้นน้ำลงในอ่าวเปอร์เซียว่ามีช่วงความแรงสูงสุดเมื่อดวงจันทร์อยู่ห่างจากระนาบของเส้นศูนย์สูตรมากที่สุด ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นแม้ว่าน้ำขึ้นน้ำลงใน แอ่งทะเล เมดิเตอร์เรเนียน จะมีช่วงความแรงค่อนข้างน้อย (กระแสน้ำที่แรงผ่านช่องแคบยูริปัสและช่องแคบเมสซีนา ทำให้ อริสโตเติลงงงวย) ฟิโลสตราตัสได้กล่าวถึงน้ำขึ้นน้ำลงในหนังสือเล่มที่ห้าของชีวประวัติของอพอลโลนิอุสแห่งไทอานาฟิโลสตราตัสกล่าวถึงดวงจันทร์ แต่กล่าวว่าน้ำขึ้นน้ำลงเกิดจาก "วิญญาณ" ในยุโรปราวปี ค.ศ. 730 นักบุญเบเด ได้ บรรยายถึงน้ำขึ้นที่ชายฝั่งหนึ่งของหมู่เกาะอังกฤษซึ่งตรงกับน้ำลงที่ชายฝั่งอีกด้านหนึ่ง และบรรยายถึงการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำขึ้นสูงสุดตามแนวชายฝั่งนอร์ทัมเบรีย

ตารางน้ำขึ้นน้ำลงครั้งแรกในประเทศจีนถูกบันทึกไว้ในปี ค.ศ. 1056 โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อนักท่องเที่ยวที่ต้องการชมปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง อันโด่งดัง ในแม่น้ำเฉียนถาง ตารางน้ำขึ้นน้ำลงของอังกฤษที่รู้จักกันเป็นครั้งแรกนั้นเชื่อกันว่าเป็นของจอห์น วอลลิงฟอร์ด ซึ่งเสียชีวิตในฐานะเจ้าอาวาสแห่งเซนต์อัลบันส์ในปี ค.ศ. 1213 โดยอิงจากน้ำขึ้นที่เกิด ^ขึ้นช้ากว่าปกติ 48 นาทีในแต่ละวัน และเร็วกว่าที่ปากแม่น้ำเทมส์ 3 ชั่วโมง เมื่อเทียบกับต้นน้ำที่ลอนดอน [ ^{48 ]}

ในปี ค.ศ. 1614 Claude d'Abbevilleได้ตีพิมพ์ผลงาน " Histoire de la mission de pères capucins en l'Isle de Maragnan et terres circonvoisines " ซึ่งเขาได้เปิดเผยว่าชาว Tupinambáมีความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างดวงจันทร์และน้ำขึ้นน้ำลงมาก่อนยุโรป^{[ 49 ]}

วิลเลียม ทอมสัน (ลอร์ด เคลวิน)เป็นผู้นำการวิเคราะห์ฮาร์มอนิก อย่างเป็นระบบครั้งแรก ของบันทึกน้ำขึ้นน้ำลง โดยเริ่มตั้งแต่ปี พ.ศ. 2410 ผลลัพธ์หลักคือการสร้างเครื่องทำนายน้ำขึ้นน้ำลงโดยใช้ระบบรอกเพื่อรวมฟังก์ชันเวลาฮาร์มอนิกหกฟังก์ชันเข้าด้วยกัน เครื่องนี้ถูก "ตั้งโปรแกรม" โดยการตั้งค่าเฟืองและโซ่ใหม่เพื่อปรับเฟสและแอมพลิจูด เครื่องจักรที่คล้ายกันนี้ถูกใช้จนถึงช่วงปี พ.ศ. 2503 ^{[ 50 ]}

การบันทึกระดับน้ำทะเลตลอดวัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลงครั้งแรกที่ทราบกันดีนั้น เกิดขึ้นในปี 1831 ที่อู่เรือของกองทัพเรือในปากแม่น้ำเทมส์ ท่าเรือขนาดใหญ่หลายแห่งมีสถานีวัดระดับน้ำขึ้นน้ำลงอัตโนมัติภายในปี 1850

จอห์น ลับบ็อคเป็นหนึ่งในคนแรกๆ ที่ทำแผนที่เส้นน้ำขึ้นน้ำลงร่วมสำหรับบริเตนใหญ่ ไอร์แลนด์ และชายฝั่งที่อยู่ติดกันในปี พ.ศ. 2483 ^{[ 51 ]}วิลเลียม เวเวลล์ได้ขยายงานนี้จนเสร็จสิ้นด้วยแผนที่เกือบทั้งโลกในปี พ.ศ. 2479 ^{[ 52 ]}เพื่อให้แผนที่เหล่านี้สอดคล้องกัน เขาตั้งสมมติฐานว่ามีภูมิภาคที่ไม่มีน้ำขึ้นหรือน้ำลงร่วม ณ จุดที่เส้นน้ำขึ้นน้ำลงร่วมมาบรรจบกันกลางมหาสมุทร การมีอยู่ของจุดแอมฟิโดรมิก ดังกล่าว ดังที่รู้จักกันในปัจจุบัน ได้รับการยืนยันในปี พ.ศ. 2483 โดยกัปตันวิลเลียม ฮิวเวตต์ แห่งกองทัพเรืออังกฤษจากการวัดความลึกอย่างระมัดระวังในทะเลเหนือ^{[ 53 ] [ 54 ] [ 39 ]}

ต่อมาในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 นักธรณีวิทยาได้สังเกตเห็นจังหวะน้ำขึ้น น้ำลง ซึ่งบันทึกการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงโบราณในบันทึกทางธรณีวิทยา โดยเฉพาะในยุคคาร์บอนิเฟอรัส^{[ 55 ] [ 56 ]}

แบบจำลองที่ง่ายที่สุด ซึ่งคิดค้นโดยไอแซค นิวตันที่อธิบายถึงน้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งต่อวัน เรียกว่าทฤษฎีสมดุลทฤษฎีสมดุลมีการลดทอนความซับซ้อนสามประการ: 1) ไม่สนใจพื้นดินของโลก 2) ไม่สนใจความหนืดของน้ำเพื่อให้สามารถตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงได้ทันที 3) ไม่สนใจแรงเสียดทานระหว่างโลกและน้ำ ในระบบพิกัดที่หมุนไปพร้อมกับคู่โลก-ดวงจันทร์ ระยะห่างระหว่างโลกและดวงจันทร์จะคงที่: พวกมันอยู่ในสมดุล สมดุลนี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็นความสมดุลของแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจากการหมุน ที่ศูนย์กลางของโลก แรงจะเท่ากันและตรงข้ามกัน^{[ 57 ]}สำหรับจุดอื่นๆ แรงจะไม่สมดุลกันอย่างแม่นยำ และแรงที่เหลืออยู่เรียกว่าแรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงสำหรับจุดบนพื้นผิวโลกแต่ใกล้ดวงจันทร์ที่สุด แรงโน้มถ่วงจะแรงกว่าเล็กน้อย หรือจุดที่อยู่ไกลที่สุด แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะแรงกว่าเล็กน้อย ที่ขั้วโลกที่อยู่ห่างจากเส้นโลก-ดวงจันทร์ แรงสุทธิเล็กน้อยจะชี้เข้าไปในโลก น้ำในมหาสมุทรแทบจะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงเหล่านี้ ระหว่างขั้วโลกและเส้นศูนย์สูตร ส่วนประกอบของแรงขนาดเล็กชี้ไปในแนวนอนกับพื้นผิวโลกและไปทางเส้นศูนย์สูตร ไม่มีแรงใดต้านทานแรงขนาดเล็กนี้ น้ำในมหาสมุทรไหลตอบสนองต่อแรงนี้ โดยไหลออกจากขั้วโลกและสะสมอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร^{[ 58 ] : 10 [ 59 ]}ผลที่ได้คือปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งตามแนวแกนโลก-ดวงจันทร์ ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยในด้านที่อยู่ใกล้ดวงจันทร์ เมื่อโลกหมุนรอบแกนของตัวเอง จุดต่างๆ บนโลกจะเคลื่อนที่ผ่านปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งในแต่ละวัน ซึ่งอธิบายถึงปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งในแต่ละวันได้คร่าวๆ ทั้งน้ำในมหาสมุทรและพื้นโลกต่างก็ประสบกับความแตกต่างของแรงดึงเหล่านี้ แต่พื้นโลกที่แข็งตัวจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและรักษารูปทรงกลมไว้ ในขณะที่ของเหลวจะกระจายตัวใหม่เพื่อให้เข้ากับความไม่สมดุล ทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง^{[ 60 ] [ 61 ]} น้ำ ขึ้น น้ำลงที่สมดุลคือน้ำขึ้นน้ำลงในอุดมคติโดยสมมติว่าโลกไม่มีแผ่นดิน^{[ 62 ]}

แรงดึงดูดที่เกิดจากวัตถุขนาดใหญ่ (ต่อไปนี้เรียกว่าดวงจันทร์) กระทำต่ออนุภาคขนาดเล็กที่อยู่บนหรือภายในวัตถุขนาดใหญ่ (ต่อไปนี้เรียกว่าโลก) คือผลต่างเวกเตอร์ระหว่างแรงโน้มถ่วงที่ดวงจันทร์กระทำต่ออนุภาค กับแรงโน้มถ่วงที่จะกระทำต่ออนุภาคหากอนุภาคนั้นอยู่ที่จุดศูนย์กลางมวลของโลก

ในขณะที่แรงโน้มถ่วงที่วัตถุท้องฟ้ากระทำต่อโลกแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากโลก แรงน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดจะแปรผกผันกับกำลังสามของระยะห่างนี้โดยประมาณ^{[ 63 ]}หากแรงน้ำขึ้นน้ำลงที่เกิดจากวัตถุแต่ละดวงเท่ากับแรงโน้มถ่วงทั้งหมดของวัตถุนั้น (ซึ่งไม่ใช่กรณีเนื่องจากการตกอย่างอิสระของโลกทั้งใบ ไม่ใช่แค่มหาสมุทรเท่านั้น ที่ตกลงสู่วัตถุเหล่านี้) จะสังเกตเห็นรูปแบบของแรงน้ำขึ้นน้ำลงที่แตกต่างกัน เช่น อิทธิพลจากดวงอาทิตย์จะแข็งแกร่งกว่าจากดวงจันทร์มาก แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ที่มีต่อโลกโดยเฉลี่ยแล้วแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ 179 เท่า แต่เนื่องจากดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกโดยเฉลี่ย 389 เท่า ความชันของสนามจึงอ่อนกว่า สัดส่วนโดยรวมคือ

${\displaystyle {\text{แรงน้ำขึ้นน้ำลง}}\propto {\frac {M}{d^{3}}}\propto \rho \left({\frac {r}{d}}\right)^{3},}$

โดยที่Mคือมวลของเทห์ฟากฟ้าdคือระยะห่างρคือความหนาแน่นเฉลี่ย และrคือรัศมี อัตราส่วนr / dเกี่ยวข้องกับมุมที่วัตถุทำกับท้องฟ้า เนื่องจากดวงอาทิตย์และดวงจันทร์มีเส้นผ่านศูนย์กลางบนท้องฟ้าเกือบเท่ากัน แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์จึงน้อยกว่าของดวงจันทร์ เพราะความหนาแน่นเฉลี่ยของดวงอาทิตย์น้อยกว่ามาก และมีขนาดเพียง 46% ของแรงดึงดูดของดวงจันทร์^{[ e ]}ดังนั้นในช่วงน้ำขึ้นสูงสุด ดวงจันทร์มีส่วนร่วม 69% ในขณะที่ดวงอาทิตย์มีส่วนร่วม 31% กล่าวโดยละเอียด ความเร่งของแรงดึงดูดของดวงจันทร์ (ตามแกนดวงจันทร์-โลก ที่พื้นผิวโลก) อยู่ที่ประมาณ 1.1 ^× 10⁻⁷ g ใน ขณะที่ความเร่ง ^ของแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ (ตามแกนดวงอาทิตย์-โลก ที่พื้นผิวโลก) อยู่ที่ประมาณ 0.52 × 10⁻⁷ gโดยที่gคือความเร่งโน้มถ่วงที่พื้นผิวโลก^{[ f ]}ผลกระทบของดาวเคราะห์ดวงอื่นจะแตกต่างกันไปตามระยะห่างจากโลก เมื่อดาวศุกร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด ผลกระทบของมันจะเท่ากับ 0.000113 เท่าของผลกระทบจากดวงอาทิตย์^{[ 64 ]}ในช่วงเวลาอื่น ดาวพฤหัสบดีหรือดาวอังคารอาจมีผลกระทบมากที่สุด  

พื้นผิวของมหาสมุทรนั้นประมาณได้ด้วยพื้นผิวที่เรียกว่าจีออยด์ซึ่งคำนึงถึงแรงโน้มถ่วงที่โลกกระทำต่อพื้นผิวโลก รวมถึงแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเนื่องจากการหมุนของโลก ทีนี้ลองพิจารณาผลกระทบจากวัตถุขนาดใหญ่ภายนอก เช่น ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ วัตถุเหล่านี้มีสนามแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงซึ่งลดลงตามระยะทางและทำให้พื้นผิวของมหาสมุทรเบี่ยงเบนไปจากจีออยด์ พวกมันสร้างพื้นผิวของมหาสมุทรที่สมดุลใหม่ซึ่งโป่งออกไปทางดวงจันทร์ด้านหนึ่งและโป่งออกไปจากดวงจันทร์อีกด้านหนึ่ง การหมุนของโลกเมื่อเทียบกับรูปร่างนี้ทำให้เกิดวัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลงในแต่ละวัน พื้นผิวของมหาสมุทรมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่รูปร่างสมดุลนี้ ซึ่งเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา และไม่เคยเข้าสู่สมดุลอย่างสมบูรณ์ เมื่อพื้นผิวของมหาสมุทรไม่อยู่ในแนวเดียวกับจีออยด์ ก็เหมือนกับว่าพื้นผิวนั้นลาดเอียง และน้ำจะเร่งความเร็วไปในทิศทางที่ลาดลง

ความลึกของมหาสมุทรนั้นน้อยกว่าความกว้างในแนวนอนมาก ดังนั้น การตอบสนองต่อแรงกระทำจากน้ำขึ้นน้ำลงจึงสามารถจำลองได้โดยใช้สมการน้ำขึ้นน้ำลงของลาปลาซซึ่งมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ความเร็วในแนวตั้ง (หรือแนวรัศมี) มีค่าน้อยมาก และไม่มีแรงเฉือน ในแนวตั้ง นี่คือการไหลแบบแผ่น
• แรงกระทำมีเพียงแนวราบ ( แนวสัมผัส ) เท่านั้น
• ปรากฏการณ์โคริโอลิสปรากฏในรูปของแรงเฉื่อย (สมมติ) ที่กระทำในแนวขวางทิศทางการไหลและแปรผันตรงกับความเร็ว
• อัตราการเปลี่ยนแปลงของระดับความสูงผิวน้ำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าเบี่ยงเบนเชิงลบของความเร็วคูณด้วยความลึก เมื่อความเร็วในแนวนอนยืดหรือบีบอัดมหาสมุทรเป็นแผ่น ปริมาตรก็จะบางลงหรือหนาขึ้นตามลำดับ

เงื่อนไขขอบเขตกำหนดว่าห้ามมีการไหลตามแนวชายฝั่ง และให้มีการลื่นไหลอย่างอิสระที่ก้นทะเล

ปรากฏการณ์โคริโอลิส (แรงเฉื่อย) จะนำกระแสลมที่พัดเข้าหาเส้นศูนย์สูตรไปทางทิศตะวันตก และกระแสลมที่พัดออกจากเส้นศูนย์สูตรไปทางทิศตะวันออก ทำให้เกิดคลื่นที่ถูกกักอยู่ตามชายฝั่ง สุดท้ายนี้ สามารถเพิ่มพจน์การสูญเสียพลังงานเข้าไปได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่เทียบได้กับความหนืด

ความสูงตามทฤษฎีของน้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทรที่เกิดจากดวงจันทร์นั้นอยู่ที่ประมาณ54 เซนติเมตร (21 นิ้ว)ณ จุดสูงสุด ซึ่งสอดคล้องกับความสูงที่จะเกิดขึ้นหากมหาสมุทรมีความลึกสม่ำเสมอ ไม่มีแผ่นดิน และโลกหมุนไปพร้อมกับวงโคจรของดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ก็ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงเช่นกัน โดยความสูงตามทฤษฎีอยู่ที่ประมาณ25 เซนติเมตร (9.8 นิ้ว) (46% ของความสูงจากดวงจันทร์) และมีรอบวัฏจักร 12 ชั่วโมง ในช่วงน้ำขึ้นสูงสุด ผลกระทบทั้งสองจะรวมกันเป็นระดับตามทฤษฎีที่79 เซนติเมตร (31 นิ้ว)ในขณะที่ช่วงน้ำลงต่ำสุด ระดับตามทฤษฎีจะลดลงเหลือ29 เซนติเมตร (11 นิ้ว)เนื่องจากวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์รอบโลก เป็นวงรี ความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงจึงเปลี่ยนแปลงไปบ้างอันเป็นผลมาจากระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ และโลกกับดวงจันทร์ที่เปลี่ยนแปลงไป สิ่งนี้ทำให้แรงดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์และดวงจันทร์เปลี่ยนแปลงไป โดยมีค่าแอมพลิจูดตามทฤษฎีประมาณ ±18% สำหรับดวงจันทร์ และ ±5% สำหรับดวงอาทิตย์ หากทั้งดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ใกล้กันที่สุดและเรียงตัวกันในช่วงข้างขึ้นใหม่ ค่าแอมพลิจูดตามทฤษฎีจะสูงถึง93 เซนติเมตร (37 นิ้ว )     

แอมพลิจูดจริงแตกต่างกันอย่างมาก ไม่เพียงเพราะความแปรผันของความลึกและสิ่งกีดขวางบนทวีปเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะการแพร่กระจายของคลื่นข้ามมหาสมุทรมีคาบเวลาตามธรรมชาติที่มีขนาดใกล้เคียงกับคาบการหมุนของโลก: หากไม่มีแผ่นดิน คลื่นผิวน้ำที่มีความยาวคลื่นยาวจะใช้เวลาประมาณ 30 ชั่วโมงในการแพร่กระจายไปตามเส้นศูนย์สูตรครึ่งทางรอบโลก (เมื่อเปรียบเทียบกันแล้วชั้นหิน ของโลก มีคาบเวลาตามธรรมชาติประมาณ 57 นาที) กระแสน้ำขึ้นลงของโลกซึ่งทำให้พื้นมหาสมุทรสูงขึ้นและต่ำลง และแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้นลงเองนั้นมีความสำคัญและทำให้การตอบสนองของมหาสมุทรต่อแรงกระแสน้ำขึ้นลงมีความซับซ้อนยิ่งขึ้น

การแกว่งตัวของกระแสน้ำขึ้นลงของโลกก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานโดยเฉลี่ยประมาณ 3.75 เทราวัตต์^{[ 65 ]}ประมาณ 98% ของการสูญเสียพลังงานนี้เกิดจากการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำขึ้นลงในทะเล^{[ 66 ]}การสูญเสียพลังงานเกิดขึ้นเมื่อกระแสน้ำขึ้นลงขนาดใหญ่ขับเคลื่อนกระแสน้ำขนาดเล็กกว่าซึ่งประสบกับการสูญเสียพลังงานแบบปั่นป่วน แรงต้านจากกระแสน้ำขึ้นลงนี้สร้างแรงบิดบนดวงจันทร์ซึ่งค่อยๆ ถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมไปยังวงโคจรของมัน และทำให้ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์เพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป แรงบิดที่เท่ากันและตรงข้ามกันบนโลกทำให้ความเร็วในการหมุนของโลกลดลงตามไปด้วย ดังนั้น ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา ดวงจันทร์จึงถอยห่างจากโลกประมาณ3.8 เซนติเมตร (1.5 นิ้ว)ต่อปี ทำให้กลางวันบนโลกยาวขึ้น^{[ g ]} 

ความยาวของวันเพิ่มขึ้นประมาณ 2 ชั่วโมงในช่วง 600 ล้านปีที่ผ่านมา หากสมมติ (โดยประมาณอย่างคร่าวๆ) ว่าอัตราการลดลงคงที่ นั่นหมายความว่าเมื่อ 70 ล้านปีก่อน ความยาวของวันสั้นลงประมาณ 1% หรือมีจำนวนวันเพิ่มขึ้นประมาณ 4 วันต่อปี

รูปร่างของชายฝั่งและพื้นมหาสมุทรเปลี่ยนแปลงวิธีการแพร่กระจายของน้ำขึ้นน้ำลง ดังนั้นจึงไม่มีกฎทั่วไปที่ง่ายๆ ที่สามารถทำนายเวลาน้ำขึ้นสูงสุดจากตำแหน่งของดวงจันทร์บนท้องฟ้าได้ ลักษณะของชายฝั่ง เช่นความลึก ของน้ำใต้น้ำ และรูปร่างของชายฝั่ง หมายความว่าลักษณะเฉพาะของแต่ละสถานที่ส่งผลต่อการพยากรณ์น้ำขึ้นน้ำลง เวลาและระดับน้ำขึ้นสูงสุดจริงอาจแตกต่างจากการคาดการณ์ของแบบจำลองเนื่องจากผลกระทบของลักษณะทางกายภาพของชายฝั่งต่อการไหลของน้ำขึ้นน้ำลง อย่างไรก็ตาม สำหรับสถานที่ใดสถานที่หนึ่ง ความสัมพันธ์ระหว่างระดับความสูง ของดวงจันทร์ และเวลาน้ำขึ้นหรือน้ำลง ( ช่วงเวลาระหว่างดวงจันทร์ กับน้ำขึ้นน้ำลง ) ค่อนข้างคงที่และคาดการณ์ได้ เช่นเดียวกับเวลาน้ำขึ้นหรือน้ำลงเมื่อเทียบกับจุดอื่นๆ บนชายฝั่งเดียวกัน ตัวอย่างเช่น น้ำขึ้นสูงสุดที่เมืองนอร์ฟอล์ก รัฐเวอร์จิเนียสหรัฐอเมริกา จะเกิดขึ้นประมาณสองชั่วโมงครึ่งก่อนที่ดวงจันทร์จะเคลื่อนผ่านเหนือศีรษะโดยตรง

แผ่นดินและแอ่งมหาสมุทรทำหน้าที่เป็นกำแพงกั้นน้ำไม่ให้เคลื่อนที่ไปทั่วโลกอย่างอิสระ และรูปร่างและขนาดที่แตกต่างกันส่งผลต่อขนาดของความถี่น้ำขึ้นน้ำลง ส่งผลให้รูปแบบน้ำขึ้นน้ำลงแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกา ชายฝั่งตะวันออกมีน้ำขึ้นน้ำลงแบบกึ่งรายวันเป็นส่วนใหญ่ เช่นเดียวกับชายฝั่งมหาสมุทรแอตแลนติกของยุโรป ในขณะที่ชายฝั่งตะวันตกมีน้ำขึ้นน้ำลงแบบผสมเป็นส่วนใหญ่^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}การเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ที่เกิดจากมนุษย์ยังสามารถเปลี่ยนแปลงน้ำขึ้นน้ำลงในท้องถิ่นได้อย่างมีนัยสำคัญ^{[ 71 ]}

แรงน้ำขึ้นน้ำลงอันเนื่องมาจากดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ก่อให้เกิดคลื่นยาวมากซึ่งเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งมหาสมุทรตามเส้นทางที่แสดงในแผนภูมิน้ำขึ้นน้ำลงเวลาที่ยอดคลื่นไปถึงท่าเรือจะให้เวลาน้ำขึ้นสูงสุดที่ท่าเรือนั้น เวลาที่คลื่นใช้ในการเดินทางรอบมหาสมุทรยังหมายความว่ามีความล่าช้าระหว่างเฟสของดวงจันทร์และผลกระทบต่อกระแสน้ำขึ้นน้ำลง ตัวอย่างเช่น น้ำขึ้นสูงสุดและน้ำขึ้นต่ำสุดในทะเลเหนือจะช้ากว่าดวงจันทร์ข้างขึ้น/ข้างแรมและดวงจันทร์ข้างแรมครึ่งดวง/ข้างแรมครึ่งดวงสองวัน สิ่งนี้เรียกว่าอายุ ของน้ำ ขึ้น น้ำลง ^{[ 72 ] [ 73 ]}

ลักษณะความลึกของมหาสมุทรมีอิทธิพลอย่างมากต่อเวลาและความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงที่แน่นอน ณ จุด ชายฝั่ง ใดจุดหนึ่ง มีกรณีพิเศษบางกรณี เช่นอ่าวฟันดีบนชายฝั่งตะวันออกของแคนาดา มักถูกกล่าวว่ามีน้ำขึ้นน้ำลงที่สูงที่สุดในโลกเนื่องจากรูปร่าง ลักษณะความลึก และระยะห่างจากขอบไหล่ทวีป^{[ 74 ]}การวัดที่ทำในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2541 ที่ Burntcoat Head ในอ่าวฟันดี บันทึกช่วงสูงสุดที่16.3 เมตร (53 ฟุต)และค่าสุดขั้วที่คาดการณ์ไว้สูงสุดที่17 เมตร (56 ฟุต) [ ^{75 ] [ 76 ] การ}วัดที่คล้ายกันที่ทำในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2545 ที่ Leaf Basin อ่าว Ungavaทางตอนเหนือของควิเบกให้ค่าที่คล้ายกัน (โดยคำนึงถึงข้อผิดพลาดในการวัด) ช่วงสูงสุดที่16.2 เมตร (53 ฟุต)และค่าสุดขั้วที่คาดการณ์ไว้สูงสุดที่16.8 เมตร (55 ฟุต ) ^{[ 75 ] [ 76 ]}อ่าวอุงกาวาและอ่าวฟันดีอยู่ห่างจากขอบไหล่ทวีปในระยะทางที่ใกล้เคียงกัน แต่อ่าวอุงกาวาจะปราศจากน้ำแข็งเพียงประมาณสี่เดือนในแต่ละปี ในขณะที่อ่าวฟันดีแทบจะไม่แข็งตัวเลย    

เซาแธมป์ตันในสหราชอาณาจักรมีน้ำขึ้นสองครั้งเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบน้ำขึ้นน้ำลงM และM (น้ำขึ้นน้ำลงตื้นของดวงจันทร์หลัก) ^{[ 77 ]}พอร์ตแลนด์มีน้ำลงสองครั้งด้วยเหตุผลเดียวกัน น้ำขึ้นน้ำลง M พบได้ตลอดแนวชายฝั่งทางใต้ของสหราชอาณาจักร แต่ผลกระทบของมันเห็นได้ชัดเจนที่สุดระหว่างเกาะไอล์ออฟไวต์และพอร์ตแลนด์เนื่องจาก น้ำขึ้นน้ำลง M ต่ำที่สุดในภูมิภาคนี้

เนื่องจากรูปแบบการแกว่งตัวของทะเลเมดิเตอร์เรเนียนและทะเลบอลติกไม่สอดคล้องกับช่วงเวลาการกระตุ้นทางดาราศาสตร์ที่สำคัญใดๆ น้ำขึ้นน้ำลงที่ใหญ่ที่สุดจึงอยู่ใกล้กับช่องแคบที่เชื่อมต่อกับมหาสมุทรแอตแลนติก ในทางกลับกัน น้ำขึ้นน้ำลงที่น้อยมากก็เกิดขึ้นด้วยเหตุผลเดียวกันในอ่าวเม็กซิโกและทะเลญี่ปุ่นส่วนในที่อื่นๆ เช่น ตามแนวชายฝั่งทางใต้ของออสเตรเลียน้ำลงอาจเกิดจากการมีบริเวณน้ำขึ้นน้ำลง ที่อยู่ใกล้ เคียง

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ ไอแซค นิวตันเป็นทฤษฎีแรกที่อธิบายได้ว่าทำไมโดยทั่วไปจึงมีน้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งต่อวัน ไม่ใช่ครั้งเดียว และให้ความหวังในการทำความเข้าใจแรงและพฤติกรรมของน้ำขึ้นน้ำลงอย่างละเอียด แม้ว่าอาจดูเหมือนว่าสามารถทำนายน้ำขึ้นน้ำลงได้โดยอาศัยความรู้ที่ละเอียดเพียงพอเกี่ยวกับแรงทางดาราศาสตร์ในทันที แต่ระดับน้ำขึ้นน้ำลงที่แท้จริง ณ สถานที่ใดสถานที่หนึ่งนั้นถูกกำหนดโดยแรงทางดาราศาสตร์ที่สะสมโดยมวลน้ำเป็นเวลาหลายวัน นอกจากนี้ ผลลัพธ์ที่แม่นยำยังต้องอาศัยความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับรูปร่างของแอ่งมหาสมุทรทั้งหมด ทั้งความลึกของน้ำและรูปร่างของชายฝั่ง

วิธีการวิเคราะห์น้ำขึ้นน้ำลงในปัจจุบันใช้ระเบียบวิธีวิเคราะห์ฮาร์มอนิก ซึ่งริเริ่มโดยวิลเลียม ทอมสัน ในช่วงทศวรรษ 1860 วิธีนี้ตั้งอยู่บนหลักการที่ว่า ทฤษฎีทางดาราศาสตร์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์กำหนดความถี่องค์ประกอบจำนวนมาก และในแต่ละความถี่จะมีองค์ประกอบของแรงที่มุ่งก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ของน้ำขึ้นน้ำลง แต่ในแต่ละสถานที่ที่สนใจบนโลก น้ำขึ้นน้ำลงจะตอบสนองต่อความถี่แต่ละความถี่ด้วยแอมพลิจูดและเฟสที่เฉพาะเจาะจงสำหรับสถานที่นั้นๆ ดังนั้น ในแต่ละสถานที่ที่สนใจ จึงมีการวัดระดับน้ำขึ้นน้ำลงเป็นระยะเวลานานพอสมควร (โดยปกติมากกว่าหนึ่งปีในกรณีของท่าเรือใหม่ที่ยังไม่เคยศึกษามาก่อน) เพื่อให้สามารถแยกแยะการตอบสนองที่ความถี่สำคัญที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงแต่ละความถี่ได้ด้วยการวิเคราะห์ และเพื่อดึงค่าคงที่ของน้ำขึ้นน้ำลงสำหรับองค์ประกอบที่แข็งแกร่งที่สุดที่ทราบแล้วของแรงน้ำขึ้นน้ำลงทางดาราศาสตร์จำนวนมากพอที่จะช่วยให้สามารถพยากรณ์น้ำขึ้นน้ำลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ คาดว่าระดับน้ำขึ้นน้ำลงจะสอดคล้องกับแรงน้ำขึ้นน้ำลง โดยมีแอมพลิจูดและเฟสหน่วงคงที่สำหรับแต่ละองค์ประกอบ เนื่องจากสามารถคำนวณความถี่และเฟสทางดาราศาสตร์ได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงในเวลาอื่น ๆ จึงสามารถคาดการณ์ได้เมื่อพบการตอบสนองต่อส่วนประกอบฮาร์มอนิกของแรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงทางดาราศาสตร์แล้ว

รูปแบบหลักของน้ำขึ้นน้ำลงมีดังนี้

• รูปแบบวันละสองครั้ง
• ความแตกต่างระหว่างน้ำขึ้นน้ำลงครั้งแรกและครั้งที่สองของวัน
• วัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลง
• การเปลี่ยนแปลงรายปี

น้ำขึ้นน้ำลง สูงสุดทางดาราศาสตร์คือ น้ำขึ้นน้ำลงในช่วงที่ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด

เมื่อเผชิญกับฟังก์ชันที่มีการเปลี่ยนแปลงเป็นคาบ วิธีการมาตรฐานคือการใช้ชุดอนุกรมฟูริเยร์ซึ่งเป็นรูปแบบการวิเคราะห์ที่ใช้ ฟังก์ชัน ไซน์เป็น ชุด พื้นฐานโดยมีความถี่เป็นศูนย์ หนึ่ง สอง สาม ฯลฯ เท่าของความถี่ของรอบพื้นฐานเฉพาะนั้นๆ ตัวคูณเหล่านี้เรียกว่าฮาร์มอนิกของความถี่พื้นฐาน และกระบวนการนี้เรียกว่าการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกหากชุดพื้นฐานของฟังก์ชันไซน์เหมาะสมกับพฤติกรรมที่กำลังจำลอง จะต้องเพิ่มพจน์ฮาร์มอนิกเพียงไม่กี่พจน์เท่านั้น เส้นทางโคจรเกือบจะเป็นวงกลม ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงแบบไซน์จึงเหมาะสมสำหรับปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง

สำหรับการวิเคราะห์ระดับน้ำขึ้นน้ำลง ในทางปฏิบัติแล้ว วิธีการอนุกรมฟูริเยร์จำเป็นต้องทำให้ซับซ้อนกว่าการใช้ความถี่เดียวและฮาร์โมนิกของมัน รูปแบบของระดับน้ำขึ้นน้ำลงจะถูกแยกออกเป็นไซน์หลายตัวที่มีความถี่พื้นฐานหลายค่า ซึ่งสอดคล้อง (เช่นเดียวกับในทฤษฎีดวงจันทร์ ) กับการเคลื่อนที่ของโลก ดวงจันทร์ และมุมต่างๆ ที่กำหนดรูปร่างและตำแหน่งของวงโคจรของพวกมัน

ดังนั้น สำหรับปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกจึงไม่จำกัดเฉพาะฮาร์มอนิกที่มีความถี่เดียว^{[ h ]}กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฮาร์มอนิกเป็นผลคูณของความถี่พื้นฐานหลายความถี่ ไม่ใช่แค่ความถี่พื้นฐานของวิธีการอนุกรมฟูริเยร์แบบง่ายๆ การแสดงฮาร์มอนิกเหล่านี้ในรูปอนุกรมฟูริเยร์ที่มีเพียงความถี่พื้นฐานเดียวและผลคูณ (จำนวนเต็ม) ของมัน จะต้องใช้พจน์จำนวนมาก และจะมีข้อจำกัดอย่างมากในช่วงเวลาที่สามารถใช้งานได้

การศึกษาความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงโดยใช้การวิเคราะห์ฮาร์มอนิกเริ่มต้นโดยลาปลาซ วิลเลียม ทอมสัน (ลอร์ดเคลวิน) และจอร์จ ดาร์วินเอที ดูดสันได้ต่อยอดงานของพวกเขาโดยนำ เสนอสัญ กรณ์เลขดูดสันเพื่อจัดระเบียบพจน์หลายร้อยพจน์ที่ได้มา วิธีการนี้ได้กลายเป็นมาตรฐานสากลนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา และความซับซ้อนเกิดขึ้นดังนี้: แรงที่ทำให้น้ำขึ้นนั้นโดยทั่วไปกำหนดโดยผลรวมของหลายพจน์ แต่ละพจน์มีรูปแบบดังนี้

${\displaystyle A_{o}\cos(\omega t+p),}$

ที่ไหน

A คือแอมพลิจูด

ωคือความถี่เชิงมุม ซึ่งโดยปกติจะระบุเป็นองศาต่อชั่วโมง สอดคล้องกับ tที่วัดเป็นชั่วโมง

pคือค่าชดเชยเฟสเมื่อเทียบกับสถานะทางดาราศาสตร์ ณ เวลา t = 0

มีเทอมหนึ่งสำหรับดวงจันทร์และอีกเทอมหนึ่งสำหรับดวงอาทิตย์ เฟสpของฮาร์มอนิกแรกของเทอมดวงจันทร์เรียกว่าช่วงน้ำขึ้นน้ำลงหรือช่วงน้ำสูง

ขั้นตอนต่อไปคือการปรับปรุงเพื่อรองรับพจน์ฮาร์มอนิกอันเนื่องมาจากรูปทรงวงรีของวงโคจร ในการทำเช่นนั้น ค่าของแอมพลิจูดจะไม่คงที่ แต่จะแปรผันตามเวลา โดยมีค่าเฉลี่ยของแอมพลิจูดA₀ เป็นตัวแปร โดยแทนที่ ในสมการข้างต้นด้วยA ( t )โดยที่Aเป็นฟังก์ชันไซน์อีกตัวหนึ่ง คล้ายกับวัฏจักรและวงโคจรย่อยในทฤษฎีของปโตเลมีจะได้สมการดังนี้

${\displaystyle A(t)=A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )},}$

กล่าวคือ ค่าเฉลี่ยA ที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบไซน์รอบๆ ค่าดังกล่าว โดยมีขนาดA ความถี่ω และเฟสp การแทนค่านี้ลงในA ในสมการเดิมจะให้ผลคูณของตัวประกอบโคไซน์สองตัว:

${\displaystyle A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )}\cos(\omega t+p).}$

โดยที่สำหรับxและy ใดๆ

${\displaystyle \cos x\cos y={\tfrac {1}{2}}\cos(x+y)+{\tfrac {1}{2}}\cos(xy)}$

เป็นที่ชัดเจนว่าพจน์ประกอบที่ประกอบด้วยผลคูณของพจน์โคไซน์สองพจน์ โดยแต่ละพจน์มีความถี่ของตัวเองนั้น เหมือนกับ พจน์โคไซน์แบบง่าย สามพจน์ที่ต้องนำมาบวกกันที่ความถี่เดิม และที่ความถี่ซึ่งเป็นผลรวมและผลต่างของความถี่ทั้งสองของพจน์ผลคูณ (สามพจน์ ไม่ใช่สองพจน์ เพราะนิพจน์ทั้งหมดคือ...)${\displaystyle (1+\cos x)\cos y}$นอกจากนี้ ลองพิจารณาต่อไปว่าแรงดึงดูดของน้ำขึ้นน้ำลงที่กระทำต่อตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งนั้นขึ้นอยู่กับว่าดวงจันทร์ (หรือดวงอาทิตย์) อยู่เหนือหรือใต้ระนาบของเส้นศูนย์สูตร และคุณลักษณะเหล่านี้ก็มีคาบเวลาของตัวเองที่ไม่สามารถเปรียบเทียบกับวันและเดือนได้ และเห็นได้ชัดว่ามีชุดค่าผสมมากมายเกิดขึ้น ด้วยการเลือกความถี่ทางดาราศาสตร์พื้นฐานอย่างระมัดระวัง ตัวเลข Doodson จะระบุถึงการบวกและความแตกต่างเฉพาะเพื่อสร้างความถี่ของแต่ละพจน์โคไซน์อย่างง่าย

โปรดจำไว้ว่า น้ำขึ้นน้ำลงทางดาราศาสตร์ไม่ได้รวมผลกระทบจากสภาพอากาศ นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของสภาพท้องถิ่น (การเคลื่อนตัวของสันดอนทราย การขุดลอกปากท่าเรือ ฯลฯ) ที่แตกต่างจากสภาพที่เป็นอยู่ ณ เวลาที่ทำการวัด จะส่งผลต่อเวลาและขนาดของน้ำขึ้นน้ำลงที่แท้จริง องค์กรที่อ้างถึง "น้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดทางดาราศาสตร์" สำหรับบางสถานที่ อาจกล่าวเกินจริงเพื่อเป็นปัจจัยด้านความปลอดภัยจากความไม่แน่นอนในการวิเคราะห์ ระยะห่างจากจุดวัดที่ใกล้ที่สุด การเปลี่ยนแปลงนับตั้งแต่เวลาที่สังเกตครั้งล่าสุด การทรุดตัวของพื้นดิน ฯลฯ เพื่อหลีกเลี่ยงความรับผิดหากสิ่งก่อสร้างทางวิศวกรรมถูกน้ำท่วม ต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อประเมินขนาดของ "คลื่นพายุซัดฝั่ง" โดยการลบน้ำขึ้นน้ำลงทางดาราศาสตร์ออกจากน้ำขึ้นน้ำลงที่สังเกตได้

การวิเคราะห์ข้อมูลฟูริเยร์อย่างระมัดระวังในช่วงระยะเวลาสิบเก้าปี ( ยุคข้อมูลน้ำขึ้นน้ำลงแห่งชาติในสหรัฐอเมริกา) ใช้ความถี่ที่เรียกว่าส่วนประกอบฮาร์มอนิกของน้ำขึ้นน้ำลง สิบเก้าปีเป็นระยะเวลาที่เหมาะสมเนื่องจากตำแหน่งสัมพัทธ์ของโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์จะซ้ำกันเกือบพอดีในรอบเมโทนิก 19  ปี ซึ่งยาวนานพอที่จะรวมส่วนประกอบน้ำขึ้นน้ำลงของวงโคจรดวงจันทร์ 18.613 ปี การวิเคราะห์นี้สามารถทำได้โดยใช้เพียงความรู้เกี่ยวกับช่วงเวลา ของแรงกระทำ แต่ไม่จำเป็นต้องมีความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับการหาอนุพันธ์ทางคณิตศาสตร์ ซึ่งหมายความว่าตารางน้ำขึ้นน้ำลงที่มีประโยชน์ได้รับการสร้างขึ้นมานานหลายศตวรรษแล้ว^{[ 78 ]}จากนั้นสามารถใช้แอมพลิจูดและเฟสที่ได้เพื่อทำนายน้ำขึ้นน้ำลงที่คาดว่าจะเกิดขึ้น โดยปกติแล้วส่วนประกอบที่อยู่ใกล้ 12 ชั่วโมง ( ส่วนประกอบ กึ่งรายวัน ) จะมีอิทธิพลเหนือกว่า แต่ก็มีส่วนประกอบหลักที่อยู่ใกล้ 24 ชั่วโมง ( รายวัน ) เช่นกัน องค์ประกอบระยะยาว ได้แก่ 14 วันหรือสองสัปดาห์รายเดือน และรายครึ่งปี น้ำขึ้นน้ำลงแบบครึ่งวันมีอิทธิพลเหนือชายฝั่ง แต่บางพื้นที่ เช่นทะเลจีนใต้และอ่าวเม็กซิโกส่วนใหญ่เป็นน้ำขึ้นน้ำลงแบบรายวัน ในพื้นที่น้ำขึ้นน้ำลงแบบครึ่งวัน ช่วงเวลาขององค์ประกอบหลักM (จันทรคติ) และS (สุริยคติ) จะแตกต่างกันเล็กน้อย ดังนั้นเฟสสัมพัทธ์ และด้วยเหตุนี้แอมพลิจูดของน้ำขึ้นน้ำลงรวม จึงเปลี่ยนแปลงทุกสองสัปดาห์ ( ช่วงเวลา 14 วัน) ^{[ 79 ]}      

ใน แผนภาพ M2 ด้านบน เส้นน้ำขึ้นน้ำลงแต่ละเส้น แตกต่างจากเส้นข้างเคียงหนึ่งชั่วโมง และเส้นที่หนากว่าแสดงถึงน้ำขึ้นน้ำลงที่อยู่ในเฟสเดียวกับสมดุลที่กรีนวิช เส้นเหล่านี้หมุนรอบจุดแอมฟิโดร มิกในทิศทางทวนเข็ม นาฬิกาในซีกโลกเหนือ ดังนั้นจากคาบสมุทรบาฮาแคลิฟอร์เนียยังอะแลสกาและจากฝรั่งเศสไปยังไอร์แลนด์ น้ำขึ้นน้ำลง M2 จะแพร่กระจายไปทางเหนือ ในซีกโลกใต้ ทิศทาง จะเป็นตามเข็มนาฬิกา ในทางกลับกัน น้ำขึ้นน้ำลง M2จะแพร่กระจายในทิศทางทวนเข็มนาฬิการอบนิวซีแลนด์ แต่เป็นเพราะเกาะต่างๆ ทำหน้าที่เหมือนเขื่อนและทำให้น้ำขึ้นน้ำลงมีความสูงแตกต่างกันในด้านตรงข้ามของเกาะ (น้ำขึ้นน้ำลงจะแพร่กระจายไปทางเหนือทางด้านตะวันออกและไปทางใต้ทางชายฝั่งตะวันตก ตามที่ทฤษฎีทำนายไว้)

ข้อยกเว้นคือที่ช่องแคบคุกซึ่งกระแสน้ำขึ้นน้ำลงจะเชื่อมต่อระหว่างน้ำขึ้นและน้ำลงเป็นระยะๆ เนื่องจากเส้นโคไทด์ไลน์ 180° รอบแอมฟิโดรมมีเฟสตรงข้ามกัน เช่น น้ำขึ้นอยู่ตรงข้ามกับน้ำลงที่ปลายแต่ละด้านของช่องแคบคุก องค์ประกอบของกระแสน้ำขึ้นน้ำลงแต่ละชนิดมีรูปแบบของแอมพลิจูด เฟส และจุดแอมฟิโดรมที่แตกต่างกัน ดังนั้น รูปแบบ M2 จึง ไม่สามารถใช้กับองค์ประกอบของกระแสน้ำขึ้นน้ำลงอื่นๆ

ตารางน้ำขึ้นน้ำลงสามารถใช้สำหรับสถานที่ใดก็ได้เพื่อค้นหาเวลาและแอมพลิจูด ที่คาดการณ์ไว้ (หรือ " ช่วงน้ำขึ้นน้ำลง ") การคาดการณ์ได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย รวมถึงการเรียงตัวของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์เฟสและแอมพลิจูดของน้ำขึ้นน้ำลง (รูปแบบน้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทรลึก) ระบบ แอมฟิโดรมิกของมหาสมุทร และรูปร่างของชายฝั่ง และลักษณะ ความลึกของน้ำใกล้ชายฝั่ง(ดูการกำหนดเวลา ) ^{[ 80 ]}

ตารางแสดงการคาดการณ์ เวลาและระดับความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงที่แท้จริงได้รับผลกระทบจากลมและความดันบรรยากาศชายฝั่งหลายแห่งประสบกับ น้ำขึ้นน้ำลง แบบกึ่งรายวัน คือมีน้ำขึ้นและน้ำลงสองครั้งที่เกือบเท่ากันในแต่ละวัน สถานที่อื่นๆ มี น้ำขึ้นน้ำลง แบบรายวันคือมีน้ำขึ้นและน้ำลงหนึ่งครั้งในแต่ละวัน "น้ำขึ้นน้ำลงแบบผสม" คือมีน้ำขึ้นและน้ำลงสองครั้งที่มีขนาดไม่เท่ากันในแต่ละวัน เป็นประเภทปกติประเภทที่สาม^{[ 81 ] [ i ]}

เนื่องจากดวงจันทร์โคจรรอบโลกในทิศทางเดียวกับการหมุนของโลก จุดใดจุดหนึ่งบนโลกจะต้องหมุนไปอีกเล็กน้อยเพื่อให้ทันกับดวงจันทร์ ดังนั้นช่วงเวลาระหว่างน้ำขึ้นน้ำลงครึ่งวันจึงไม่ใช่สิบสองชั่วโมง แต่เป็น 12.4206 ชั่วโมง ซึ่งมากกว่านั้นประมาณยี่สิบห้านาที น้ำขึ้นสูงสุดสองครั้งไม่เท่ากัน น้ำขึ้นสองครั้งต่อวันจะสลับความสูงสูงสุดกัน คือ น้ำขึ้นต่ำสุด (ต่ำกว่าสามฟุตเล็กน้อย) น้ำขึ้นสูงสุด (สูงกว่าสามฟุตเล็กน้อย) และน้ำขึ้นต่ำสุดอีกครั้ง เช่นเดียวกับน้ำลง

เมื่อโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์เรียงตัวกัน (ดวงอาทิตย์-โลก-ดวงจันทร์ หรือ ดวงอาทิตย์-ดวงจันทร์-โลก) อิทธิพลหลักสองอย่างจะรวมกันทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุด (น้ำขึ้นน้ำลงมาก) แต่เมื่อแรงทั้งสองตรงข้ามกัน เช่น เมื่อมุมระหว่างดวงจันทร์-โลก-ดวงอาทิตย์ใกล้เคียง 90 องศา จะเกิดน้ำขึ้นน้ำลงต่ำสุด (น้ำขึ้นน้ำลงน้อย) ขณะที่ดวงจันทร์โคจรไปรอบ ๆ มันจะเปลี่ยนจากทางเหนือของเส้นศูนย์สูตรไปทางใต้ของเส้นศูนย์สูตร ความแตกต่างของระดับน้ำขึ้นน้ำลงจะลดลงเรื่อย ๆ จนกระทั่งเท่ากัน (ในวันวิษุวัต ดวงจันทร์อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร) ​​จากนั้นก็จะเกิดใหม่แต่มีขั้วตรงข้าม โดยจะแตกต่างกันมากที่สุดแล้วก็ลดลงอีกครั้ง

อิทธิพลของกระแสน้ำขึ้นน้ำลงที่มีต่อกระแสน้ำหรือการไหลนั้นวิเคราะห์ได้ยากกว่ามาก และการเก็บรวบรวมข้อมูลก็ยากกว่ามากเช่นกัน ความสูงของกระแสน้ำขึ้นน้ำลงเป็นปริมาณสเกลาร์และเปลี่ยนแปลงอย่างราบรื่นในพื้นที่กว้าง การไหลเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีขนาดและทิศทาง ซึ่งทั้งสองอย่างสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากตามความลึกและในระยะทางสั้นๆ เนื่องจากลักษณะทางธรณีวิทยาของพื้นทะเล^{[ 82 ]}นอกจากนี้ แม้ว่าจุดศูนย์กลางของร่องน้ำจะเป็นจุดวัดที่มีประโยชน์ที่สุด แต่ชาวเรือก็คัดค้านเมื่ออุปกรณ์วัดกระแสน้ำกีดขวางทางน้ำ การไหลที่ขึ้นไปตามร่องน้ำโค้งอาจมีขนาดใกล้เคียงกัน แม้ว่าทิศทางจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องไปตามร่องน้ำก็ตาม ที่น่าประหลาดใจคือ กระแสน้ำขึ้นและน้ำลงมักไม่ได้อยู่ในทิศทางตรงกันข้าม ทิศทางการไหลถูกกำหนดโดยรูปร่างของร่องน้ำด้านต้นน้ำ ไม่ใช่รูปร่างของร่องน้ำด้านปลายน้ำ ในทำนองเดียวกันกระแสน้ำวนอาจก่อตัวขึ้นในทิศทางการไหลเพียงทิศทางเดียวเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์กระแสน้ำขึ้นน้ำลงนั้นคล้ายกับการวิเคราะห์ระดับน้ำขึ้นน้ำลง กล่าวคือ ในกรณีที่ง่ายที่สุด ณ ตำแหน่งที่กำหนด กระแสน้ำขึ้นจะไหลไปในทิศทางหนึ่งเป็นส่วนใหญ่ และกระแสน้ำลงจะไหลไปในอีกทิศทางหนึ่ง ความเร็วของกระแสน้ำขึ้นจะมีเครื่องหมายเป็นบวก และความเร็วของกระแสน้ำลงจะมีเครื่องหมายเป็นลบ การวิเคราะห์จะดำเนินไปเสมือนว่าสิ่งเหล่านี้คือระดับน้ำขึ้นน้ำลง

ในสถานการณ์ที่ซับซ้อนกว่านั้น กระแสน้ำขึ้นและน้ำลงหลักจะไม่ใช่ปัจจัยหลัก แต่ทิศทางและขนาดของกระแสน้ำจะวาดเป็นรูปวงรีตลอดวัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลง (บนกราฟพิกัดเชิงขั้ว) แทนที่จะเป็นไปตามเส้นน้ำขึ้นและน้ำลง ในกรณีนี้ การวิเคราะห์อาจดำเนินการตามทิศทางเป็นคู่ โดยทิศทางหลักและทิศทางรองจะตั้งฉากกัน ทางเลือกอื่นคือการพิจารณากระแสน้ำขึ้นน้ำลงเป็นจำนวนเชิงซ้อน เนื่องจากแต่ละค่ามีทั้งขนาดและทิศทาง

ข้อมูลเกี่ยวกับการไหลของน้ำขึ้นน้ำลงมักพบเห็นได้ในแผนที่เดินเรือโดยแสดงเป็นตารางความเร็วและทิศทางการไหลทุกชั่วโมง พร้อมตารางแยกสำหรับน้ำขึ้นสูงสุดและน้ำขึ้นต่ำสุด เวลาที่แสดงจะอ้างอิงจากระดับน้ำขึ้นสูงสุดในท่าเรือบางแห่งที่มีพฤติกรรมของน้ำขึ้นน้ำลงคล้ายคลึงกัน แม้ว่าท่าเรือนั้นอาจอยู่ห่างไกลออกไปก็ตาม

เช่นเดียวกับการคาดการณ์ระดับน้ำขึ้นน้ำลง การคาดการณ์การไหลของน้ำขึ้นน้ำลงโดยอาศัยปัจจัยทางดาราศาสตร์เพียงอย่างเดียวไม่ได้คำนึงถึงสภาพอากาศ ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ได้อย่างสิ้นเชิง

ช่องแคบคุก

กระแสน้ำขึ้นน้ำลงที่ไหลผ่านช่องแคบคุกระหว่างเกาะหลักสองเกาะของนิวซีแลนด์นั้นน่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากน้ำขึ้นน้ำลงในแต่ละด้านของช่องแคบนั้นแทบจะตรงข้ามกันอย่างสิ้นเชิง ทำให้ระดับน้ำขึ้นสูงของด้านหนึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับระดับน้ำลงต่ำของอีกด้านหนึ่ง ส่งผลให้เกิดกระแสน้ำที่แรง โดยที่ระดับน้ำขึ้นน้ำลงเปลี่ยนแปลงเกือบเป็นศูนย์ในใจกลางช่องแคบ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าโดยปกติแล้วกระแสน้ำขึ้นน้ำลงจะไหลไปในทิศทางหนึ่งเป็นเวลาหกชั่วโมงและไหลในทิศทางตรงกันข้ามเป็นเวลาหกชั่วโมง แต่กระแสน้ำขึ้นน้ำลงบางครั้งอาจกินเวลานานถึงแปดหรือสิบชั่วโมงโดยที่กระแสน้ำย้อนกลับอ่อนกำลังลง ในสภาพอากาศที่แปรปรวนเป็นพิเศษ กระแสน้ำย้อนกลับอาจถูกเอาชนะได้อย่างสิ้นเชิง ทำให้กระแสน้ำไหลไปในทิศทางเดียวกันต่อเนื่องกันสามช่วงหรือมากกว่านั้น

ลักษณะของวัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลงของช่องแคบคุกก็แตกต่างกันไปตามชายฝั่งเช่นกัน บนชายฝั่งตะวันตกและแทสแมน/อ่าวโกลเดนระดับน้ำขึ้นน้ำลงมักจะเป็นไปตามวัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลงแบบคลาสสิกทุกสองสัปดาห์ โดยมีระดับน้ำขึ้นน้ำลงที่สูงกว่าในช่วงน้ำขึ้นน้ำลง และระดับน้ำขึ้นน้ำลงที่ต่ำกว่าในช่วงน้ำลง ซึ่งได้รับอิทธิพลจากการเรียงตัวของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ ในทางตรงกันข้าม ในบางส่วนของชายฝั่งตะวันออก เช่น บริเวณรอบๆเวลลิงตันและเนเปียร์รูปแบบน้ำขึ้นน้ำลงแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงรายเดือนที่ชัดเจนยิ่งขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับสัญญาณจุดใกล้โลกที่สุดและจุดไกลโลกที่สุด (ระยะห่างที่เปลี่ยนแปลงของดวงจันทร์) และไม่แสดงสัญญาณน้ำขึ้นน้ำลงแบบสองสัปดาห์ที่เด่นชัดนัก^{[ 83 ]}

กราฟแสดงระดับน้ำขึ้นน้ำลงของช่องแคบคุก แสดงความสูงและเวลาของน้ำขึ้นและน้ำลงแยกกัน จนถึงเดือนพฤศจิกายน 2550 ค่าเหล่านี้ไม่ใช่ค่าที่วัดได้จริง แต่เป็นค่าที่คำนวณจากพารามิเตอร์น้ำขึ้นน้ำลงที่ได้จากการวัดเมื่อหลายปีก่อน แผนที่เดินเรือของช่องแคบคุกให้ข้อมูลเกี่ยวกับกระแสน้ำขึ้นน้ำลง ตัวอย่างเช่น แผนที่ฉบับเดือนมกราคม 2522 สำหรับพิกัด41°13.9′S 174°29.6′E / 41.2317°S 174.4933°E / -41.2317; 174.4933 (ทางตะวันตกเฉียงเหนือของแหลมเทราวิตี ) อ้างอิงเวลาไปยังเมืองเวสต์พอร์ตในขณะที่ฉบับเดือนมกราคม 2547 อ้างอิงเวลาไปยังเมืองเวลลิงตัน

บริเวณใกล้แหลมเทราวิตีกลางช่องแคบคุก การเปลี่ยนแปลงระดับน้ำขึ้นน้ำลงแทบจะไม่มีเลย ในขณะที่กระแสน้ำขึ้นน้ำลงจะถึงระดับสูงสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณใกล้กับกระแสน้ำวนคารอริอันเลื่องชื่อ^{[ 84 ]} นอกเหนือจากผลกระทบจากสภาพอากาศแล้ว กระแสน้ำที่ไหลผ่านช่องแคบคุกยังได้รับอิทธิพลจากความแตกต่างของระดับน้ำขึ้นน้ำลงระหว่างปลายทั้งสองของช่องแคบ และดังที่เห็นได้ว่า น้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดเพียงหนึ่งในสองครั้งที่ปลายด้านตะวันตกเฉียงเหนือของช่องแคบใกล้กับเนลสันเท่านั้นที่มีน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดที่ปลายด้านตะวันออกเฉียงใต้ (เวลลิงตัน) ดังนั้นพฤติกรรมที่เกิดขึ้นจึงไม่เป็นไปตามท่าเรืออ้างอิงใดๆ

Tidal energy can be extracted by two means: inserting a water turbine into a tidal current, or building ponds that release/admit water through a turbine. In the first case, the energy amount is entirely determined by the timing and tidal current magnitude. However, the best currents may be unavailable because the turbines would obstruct ships. In the second, the impoundment dams are expensive to construct, natural water cycles are completely disrupted, ship navigation is disrupted. However, with multiple ponds, power can be generated at chosen times. So far, there are few installed systems for tidal power generation (most famously, La Rance at Saint Malo, France) which face many difficulties. Aside from environmental issues, simply withstanding corrosion and biological fouling pose engineering challenges.

Tidal power is more predictable than wind energy, but turbine efficiency drops at low flow velocity, and because power scales with the cube of velocity, peak output is brief. Fluctuations can be mitigated through energy storage, advanced turbine controls, distributed tidal arrays, or hybridization with other renewables.^[86]

นิเวศวิทยาเขตน้ำขึ้นน้ำลงคือการศึกษาเกี่ยวกับระบบนิเวศระหว่างแนวระดับน้ำขึ้นและน้ำลงตามแนวชายฝั่ง เมื่อน้ำลง เขตน้ำขึ้นน้ำลงจะโผล่พ้นน้ำ (หรือโผล่พ้นน้ำ ) ในขณะที่เมื่อน้ำขึ้น เขตน้ำขึ้นน้ำลงจะอยู่ใต้น้ำ (หรือจมอยู่ใต้น้ำ ) ดังนั้น นักนิเวศวิทยา เขตน้ำขึ้นน้ำลง จึงศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในเขตน้ำขึ้นน้ำลงกับสิ่งแวดล้อม รวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันปฏิสัมพันธ์ที่สำคัญที่สุดอาจแตกต่างกันไปตามประเภทของชุมชนเขตน้ำขึ้นน้ำลง การจำแนกประเภทที่กว้างที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับพื้นผิว – ชายฝั่งหินหรือพื้นทะเลอ่อน

สิ่งมีชีวิตในเขตน้ำขึ้นน้ำลงเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่แปรปรวนและมักไม่เอื้ออำนวย และได้ปรับตัวเพื่อรับมือและแม้กระทั่งใช้ประโยชน์จากสภาพเหล่านี้ ลักษณะที่เห็นได้ชัดเจนอย่างหนึ่งคือการแบ่งเขตในแนวดิ่งซึ่งชุมชนจะแบ่งออกเป็นแถบแนวนอนที่แตกต่างกันของสายพันธุ์เฉพาะในแต่ละระดับความสูงเหนือระดับน้ำลง ความสามารถของสายพันธุ์ในการรับมือกับการขาดน้ำจะเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดบน ในขณะที่การแข่งขันกับสายพันธุ์อื่นจะเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดล่าง

มนุษย์ใช้ประโยชน์จากพื้นที่ชายฝั่งทะเลเพื่อหาอาหารและพักผ่อน หย่อนใจ การใช้ประโยชน์ มากเกินไปอาจสร้างความเสียหายโดยตรงต่อพื้นที่ชายฝั่งทะเล การกระทำอื่นๆ ของมนุษย์ เช่น การนำสิ่งมีชีวิตต่างถิ่นรุกรานเข้า มา และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศล้วนส่งผลกระทบเชิงลบอย่างมากเขตคุ้มครองทางทะเลเป็นหนึ่งในทางเลือกที่ชุมชนสามารถนำมาใช้เพื่อปกป้องพื้นที่เหล่านี้และสนับสนุนการวิจัย ทาง วิทยาศาสตร์

วัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลงประมาณ 12 ชั่วโมงและสองสัปดาห์มีผลกระทบอย่างมากต่อสิ่งมีชีวิตในเขตน้ำขึ้นน้ำลง^{[ 88 ]}และสิ่งมีชีวิตในทะเล^{[ 89 ]}ดังนั้นจังหวะทางชีวภาพ ของพวกมัน จึงมักเกิดขึ้นเป็นทวีคูณโดยประมาณของช่วงเวลาเหล่านี้^{[ 90 ]}สัตว์อื่นๆ อีกมากมาย เช่น สัตว์มีกระดูกสันหลังแสดงจังหวะรอบน้ำขึ้นน้ำลงที่คล้ายคลึงกัน^{[ 91 ]}ตัวอย่างเช่นการตั้งครรภ์และการฟักไข่ ในมนุษย์รอบเดือนจะกินเวลาประมาณหนึ่งเดือนจันทรคติ ซึ่งเป็นทวีคูณที่ลงตัวของช่วงเวลาน้ำขึ้นน้ำลง ความคล้ายคลึงกันดังกล่าวอย่างน้อยก็บ่งชี้ถึงบรรพบุรุษร่วมกันของสัตว์ทุกชนิดที่มาจากบรรพบุรุษในทะเล^{[ 92 ]}

เมื่อกระแสน้ำขึ้นน้ำลงที่แกว่งไปมาในมหาสมุทรที่มีการแบ่งชั้นไหลผ่านภูมิประเทศพื้นทะเลที่ไม่เรียบ จะก่อให้เกิดคลื่นภายในที่มีความถี่ระดับน้ำขึ้นน้ำลง

ทะเลสาบขนาดใหญ่ เช่นซูพีเรียและอีรีอาจมีน้ำขึ้นน้ำลงสูงถึง1 ถึง 4 เซนติเมตร (0.39 ถึง 1.6 นิ้ว)แต่น้ำขึ้นน้ำลงเหล่านี้อาจถูกบดบังด้วยปรากฏการณ์ที่เกิดจากสภาพอากาศ เช่นเซช [ ^{93 ] น้ำ}ขึ้นน้ำลงในทะเลสาบมิชิแกนมีความสูง1.3 ถึง 3.8 เซนติเมตร (0.5 ถึง 1.5 นิ้ว) ^{[ 94 ]}หรือ4.4 เซนติเมตร ( 1 + 3 ⁄ 4นิ้ว) [ ^{95 ] ซึ่ง}มีขนาดเล็กมากจนผลกระทบที่ใหญ่กว่าอื่นๆ บดบังน้ำขึ้นน้ำลงทั้งหมด ดังนั้นทะเลสาบเหล่านี้จึงถือว่าไม่มีน้ำขึ้นน้ำลง^{[ 96 ]}      

กระแสน้ำขึ้นน้ำลงในชั้นบรรยากาศนั้นแทบไม่มีผลที่ระดับพื้นดินและระดับความสูงในการบิน เนื่องจากถูกบดบังด้วยผลกระทบที่สำคัญกว่าของสภาพอากาศ กระแสน้ำขึ้นน้ำลงในชั้น บรรยากาศมีต้นกำเนิดทั้งจากแรงโน้มถ่วงและความร้อน และเป็นพลวัตหลักในชั้นมีโซสเฟียร์และเทอร์โมสเฟียร์ ตอนล่าง ^{[ 97 ]}ที่ ระดับความสูง ประมาณ80 ถึง 120 กิโลเมตร (50 ถึง 75 ไมล์)ซึ่งเหนือระดับนี้ความหนาแน่นของโมเลกุลจะต่ำเกินไปที่จะรองรับพฤติกรรมของไหลได้ 

น้ำขึ้นน้ำลงของโลก หรือน้ำขึ้นน้ำลงภาคพื้นดิน ส่งผลกระทบต่อมวลทั้งหมดของโลก ซึ่งทำหน้าที่คล้ายกับไจโรสโคป ของเหลว ที่มีเปลือกโลกบางมาก เปลือกโลกจะเคลื่อนที่ (เข้า/ออก, ตะวันออก/ตะวันตก, เหนือ/ใต้) ตามแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ น้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทร และน้ำหนักบรรทุกในชั้นบรรยากาศ แม้ว่าน้ำขึ้นน้ำลงภาคพื้นดินจะมีผลกระทบต่อกิจกรรมของมนุษย์ส่วนใหญ่น้อยมาก แต่ความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงในรอบครึ่งวันอาจสูงถึงประมาณ55 เซนติเมตร (22 นิ้ว)ที่เส้นศูนย์สูตร โดย 15 เซนติเมตร (5.9 นิ้ว)มาจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมีความสำคัญใน การปรับเทียบ GPSและ การวัด VLBIการวัดเชิงมุมทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับอัตราการหมุนของโลกและการเคลื่อนที่ของขั้วโลกซึ่งทั้งสองอย่างได้รับอิทธิพลจากน้ำขึ้นน้ำลงของโลก น้ำขึ้นน้ำลงของโลก แบบกึ่งรายวันM เกือบจะอยู่ในเฟสเดียวกับดวงจันทร์ โดยมีความล่าช้าของน้ำขึ้นน้ำลงหลักของโลกตามดวงจันทร์อยู่ที่ 0.204°±0.047° ซึ่งสอดคล้องกับความล่าช้าประมาณ 25 วินาที นั่นหมายความว่าน้ำขึ้นน้ำลงที่เป็นของแข็งจะกระจายพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงอย่างน้อย110 GW (150,000,000 hp)หรือประมาณ 5% ของพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทร^{[ 98 ]}    

แรงดึงดูดจากกาแล็กซีที่มีต่อดาวฤกษ์ภายในกาแล็กซีและกาแล็กซีบริวารที่โคจรรอบกาแล็กซี เชื่อกันว่าผลกระทบของแรงดึงดูดจากกาแล็กซีที่มีต่อเมฆออร์ตของระบบสุริยะเป็นสาเหตุของดาวหางคาบยาวถึง 90 เปอร์เซ็นต์^{[ 99 ]}