Tradicionalmente, el clima se ha definido como el estado atmosférico promedio sobre al menos la perspectiva de varios años, que permita un cálculo aproximado de sus parámetros estadísticos descriptivos (promedio, variabilidad, extremos). La compresión del clima ha avanzado en las últimas décadas, debido a que se ha estudiado dentro del contexto de un sistema global conformado por la atmósfera, el océano, la criósfera (hielo), la biósfera y la geósfera (tierra sólida). Estos componentes interaccionan y se retroalimentan entre sí en diversas escalas de tiempo y espacio, generando un sistema altamente complejo, cuyos cambios de largo plazo son difíciles de percibir y pronosticar. El sistema es inducido por la radiación solar, cuya distribución irregular sobre el planeta (exceso sobre la región tropical y déficit en las regiones polares) conduce a la circulación global de la atmósfera y del océano. Así, aunque es el sol quien proporciona la energía para este sistema, son los fluidos geofísicos (agua y aire) los encargados de redistribuir esta energía sobre el planeta para mantener el equilibrio termal.

En la actualidad, se piensa que la principal causa de cualquier cambio climático inminente será el incremento en la concentración atmosférica de los gases invernadero producidos por el hombre desde comienzos de la Revolución Industrial del siglo XVIII. Se espera que esto conduzca al equivalente de doblar la concentración de CO2 en el año 2030.