Enligt myndigheten, som registrerat havstemperaturer sedan tidigt 1980-tal, nådde ytvattnet en rekordhög genomsnittlig temperatur på 24,9 grader i onsdags.
Rekordet är särskilt uppseendeväckande eftersom det kommer tidigt på året. I vanliga fall når Nordatlanten sin högsta temperatur i början av september.
Det tidigare rekordet på 24,89 grader registrerades i september i fjol, enligt forskaren Xungang Yin vid NOAA.
Ytvattentemperaturen i Nordatlanten väntas också fortsätta att stiga under augusti och Xungang Yin säger att det är "mycket troligt" att rekordet slås igen.
Enligt Xungang Yin är 24,9 grader mer än en grad varmare än under den 30-åriga klimatologiska normalperioden räknad från 1982 till 2011.