浮游生物種類的組成和數量表現出明顯的季節變化，隨緯度的變化而變化。北溫帶浮游植物數量的高峰一般出現在春季，隨著時間強度的增加，營養物(如氮、磷等無機鹽)增加，有利于浮游植物的大規模繁殖。在夏季，營養物質消耗殆盡，食草浮游動物大量消耗，導致浮游植物數量急劇減少。在秋季，隨著養分的增加，浮游植物再次大量繁殖，導致另一個比春季略低的峰值。在冬季，環境惡劣(尤其是溫度過低的時候)，浮游植物再次減少。這種一年中有兩個高峰的現象被稱為雙周期。此外，浮游植物的種類隨季節而變化。例如，夏季硅藻數量減少后，鞭毛藻取而代之，因為后者適合在高溫和營養匱乏的季節進行大規模繁殖。
北溫帶浮游動物的季節分布與浮游植物的季節分布大致相似。不同的是，由于草食性浮游動物必須有充足的餌料才能大量繁殖，所以春秋兩季浮游動物的繁殖高峰出現的時間比浮游植物的繁殖高峰稍晚。浮游動物也表現出物種的季節性變化。例如，由于橈足類以多毛的顎骨為食，前者的高峰出現的時間會比后者稍晚。
寒冷海洋中的浮游植物和浮游動物每年只有一次繁殖高峰，稱為單周期，發生在環境良好的溫暖夏季。在其他季節，光線太弱或消失(冬季完全黑暗)，溫度太低，浮游生物無法繁殖。熱帶海洋的環境因子(尤其是溫度)全年變化不大，因此季節之間沒有顯著差異。
在淡水水域，浮游生物的季節分布在數量上與海洋浮游生物相似，但在種類變化上存在顯著差異。例如，以淡水浮游生物為主的綠藻、藍藻、枝大洋、輪蟲等，往往在水溫較高的溫暖季節達到高峰，在夏季繁殖最多。然而，在冬季，種類和數量較少，這與海洋浮游生物一致。由于水的黏度隨水溫的升高而降低(25℃時黏度約為0℃時的一半)，夏季淡水浮游生物容易下沉。由于這個原因，許多物種在進化過程中通過擴大身體表面積來逐漸增加浮力，比如淡水枝角魚，它們的頭向前伸出，呈頭盔狀。這種形態上的季節性變化也可以在硅藻(如星藻)、鞭毛藻(如角鞭毛藻)和輪蟲(如蝸牛形龜甲蟲)中看到。
