По результатам численных расчетов объема теплового стока реки Северная Двина были определены два временных периода изменения характеристики. Выявлена неоднородность изменений теплового стока во времени, согласующаяся с полученными результатами по температуре воды за период открытого русла. Рассматриваемые временные периоды изменения термического режима стока бассейна реки Северная Двина установлены по изменениям в приповерхностной температуре воздуха, а именно по данным о слабом похолодании с 1950 по 1975 гг. и интенсивном потеплении с 1976 года по настоящее время. Построен график интегральной кривой значений средних годовых расходов воды в период с 1950 по 2015 гг. по замыкающему створу реки Северная Двина – с. Усть-Пинега, на котором выявлен период превышения средних значений, начиная с 1976 года. Установлено повышение значений температуры воды за период отрытого русла по всем рассматриваемым пунктам наблюдений в период после 1976 года. Вычислены среднемесячные объемы теплового стока в период открытого русла (май-октябрь) за два временных периода и показано превышение значений с 1976 года по всем пунктам в мае и по большинству пунктов в июле-октябре; в июне обнаружено уменьшение теплового стока по всем пунктам. Выделены особенности изменчивости объема теплового стока для всех рассматриваемых пунктов наблюдения. Представлены линии тренда на понижение в первый период и на повышение во второй период. Получено, что термический режим стока реки Северная Двина в некоторой степени согласуется с изменением климата, а в частности его потеплением в арктической и приарктической зонах России.