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浮游生物种类的组成和数量表现出明显的季节变化，随纬度的变化而变化。北温带浮游植物数量的高峰一般出现在春季，随着时间强度的增加，营养物(如氮、磷等无机盐)增加，有利于浮游植物的大规模繁殖。在夏季，营养物质消耗殆尽，食草浮游动物大量消耗，导致浮游植物数量急剧减少。在秋季，随着养分的增加，浮游植物再次大量繁殖，导致另一个比春季略低的峰值。在冬季，环境恶劣(尤其是温度过低的时候)，浮游植物再次减少。这种一年中有两个高峰的现象被称为双周期。此外，浮游植物的种类随季节而变化。例如，夏季硅藻数量减少后，鞭毛藻取而代之，因为后者适合在高温和营养匮乏的季节进行大规模繁殖。
北温带浮游动物的季节分布与浮游植物的季节分布大致相似。不同的是，由于草食性浮游动物必须有充足的饵料才能大量繁殖，所以春秋两季浮游动物的繁殖高峰出现的时间比浮游植物的繁殖高峰稍晚。浮游动物也表现出物种的季节性变化。例如，由于桡足类以多毛的颚骨为食，前者的高峰出现的时间会比后者稍晚。
寒冷海洋中的浮游植物和浮游动物每年只有一次繁殖高峰，称为单周期，发生在环境良好的温暖夏季。在其他季节，光线太弱或消失(冬季完全黑暗)，温度太低，浮游生物无法繁殖。热带海洋的环境因子(尤其是温度)全年变化不大，因此季节之间没有显著差异。
在淡水水域，浮游生物的季节分布在数量上与海洋浮游生物相似，但在种类变化上存在显著差异。例如，以淡水浮游生物为主的绿藻、蓝藻、枝大洋、轮虫等，往往在水温较高的温暖季节达到高峰，在夏季繁殖最多。然而，在冬季，种类和数量较少，这与海洋浮游生物一致。由于水的黏度随水温的升高而降低(25℃时黏度约为0℃时的一半)，夏季淡水浮游生物容易下沉。由于这个原因，许多物种在进化过程中通过扩大身体表面积来逐渐增加浮力，比如淡水枝角鱼，它们的头向前伸出，呈头盔状。这种形态上的季节性变化也可以在硅藻(如星藻)、鞭毛藻(如角鞭毛藻)和轮虫(如蜗牛形龟甲虫)中看到。
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