气候系统（climate system），包括大气及地球表面的整个体系。包括如下几个成员：大气圈、水圈、冰晶圈、岩石圈（陆面）及生物圈，各成员之间有密切而复杂的相互作用。海洋是热容量最大的成员，是整个系统的热量储藏库与调节器，海洋与大气通过动量、热量及辐射之传输而相互作用，并在相当大程度上决定了系统的物理状况。大气圈与水圈（主要是海洋）之间不仅有水汽交换，也包括CO₂等大气化学成分的交换，海洋对CO₂的融解是影响大气中CO₂浓度的重要元素。冰雪覆盖可以改变地表反照率，阻止地气与海气之间的热量交换。地球表面通过火山爆发、沙漠扬尘及海浪飞沫中的盐粒给大气提供气溶胶，影响大气中的辐射过程，并可影响降水过程。生物圈的作用受人类活动影响巨大，砍伐森林，燃烧化石燃料，增加了大气中的CO₂。过度放牧及开垦荒地破坏了植被，改变了地表的物理状况，现在气候学家一致认为，只有研究整个气候系统，才能正确认识气侯形成与气候变化。现代的监测手段，如卫星火箭等能够提供许多过去很少了解的宝贵信息，如全球冰雪分布、广阔大洋的海温、地面射出长波辐射、地球反照率等。这些资料大大地增进了人们对气候系统的认识，也为理论研究及数值实验研究提供了基本资料。