气候模式（climate model）是研究气候的理论体系。当前研究气候的模式可分为四大类：（1）能量平衡模式。这是最简单的气候模式，从能量平衡方程出发研究不同物理因子如 CO₂、反照率等的作用。（2）辐射对流模式。考虑一维的温度垂直分布，常作为更复杂的模式的一部分，主要研究不同辐射过程的相互作用。（3）统计动力模式。考虑纬圈平均，对大型涡旋输送参数化，用来研究不同物理因子如CO₂、太阳常数等的作用。（4）大气环流模式。一般有谱模式与格点模式两种，前者的计算量只是后者的三分之一，因此目前被广泛采用。用大气环流模式可以详细研究不同物理因子如海温、CO₂、太阳常数、陆面反照率等的作用。四种模式中以大气环流模式最为完善，然而也最不经济，用亿次电子计算机进行一次试验往往要计算几天。因此简单模式现在也有重要意义。

通过目前的气候模式，人们取得了不少成果，例如了解到太阳常数变化1％时，地球表面大气的温度可能改变1．5℃左右；大气中CO₂的含量如果增加一倍（按体积计达到百万分之600），全球平均气温可能上升2－3℃，其中极区可上升6一7℃；又如火山活动可能因平流层气溶胶增加而使地面气温下降0．5℃；同时对海温异常可能对大气环流及气候异常产生的影响，如厄尔尼诺的影响等有了很多了解。甚至还有人对冰期气候进行了模拟。但是目前的气候模式主要用来研究不同物理因子的作用，还不能同时考虑这些物理因子变化的原因，这是因为现在的模式都是大气与下垫面非同时的耦合模式。