氣候系統（Climate System）是一個高度復雜的系統，它有5個主要組成部分：大氣圈、水圈、冰雪圈、陸面和生物圈，以及它們之間的相互作用。氣候系統的演變進程受到其自身動力學規律的影響，也受到外部驅動力（如火山噴發、太陽變化）以及由人類引起的驅動（如對大氣的組成及土地利用的改變）的影響。

　　氣候系統由大氣、海洋、陸地表面、冰雪覆蓋層和生物圈等五個部分組成。太陽輻射是這個系統的主要能源。在太陽輻射的作用下，氣候系統內部產生一系列的復雜過程，各個組成部分之間，通過物質交換和能量交換，緊密地聯結成一個開放系統。

　　大氣是氣候系統中最容易變化的部分，例如，當外界熱量輸入(主要是太陽輻射)發生變化后，通過各種熱量輸送和交換過程能在一個月的時間內，調整對流層溫度的分布。

　　海洋占地球表面面積的71％左右，它能吸收到達地表的大部分太陽輻射能，海水又具有很大的熱容量，所以它是氣候系統中一個巨大的能量貯存庫。洋流在熱量輸送和全球熱量平衡中起著巨大的作用，海洋表層在數月到數年內與大氣或海冰相互發生作用，調節其溫度。海洋的深層熱量調節時間則需要幾百年。

　　陸地表面具有不同的海拔高度、地形、巖石、沉積物和土壤，以及河、湖、地下水等。河、湖、地下水是水分循環中的重要組成部分，它們也是氣候系統中容易變化的部分。陸塊位置、高度和地形發生變化的時間尺度，在氣候系統的所有組成部分中是最長的。

　　冰雪覆蓋層包括大陸冰原、高山冰川、海冰和地面雪被等。雪被和海冰有很明顯的季節變化，冰川和冰原的變化要緩慢得多。冰川和冰原的體積變化與海平面的變化有密切的聯系。冰雪具有很大的反射率，在氣候系統中，它是一個致冷因素。

　　生物圈指的是陸地上和海洋中的植物以及生存在大氣、海洋和陸地的動物。生物對于大氣和海洋的二氧化碳平衡、氣溶膠的產生，以及其他氣體成分和鹽類有關的化學平衡都有很重要的作用。植物可以隨著溫度、輻射和降水的變化而發生自然變化，其變化的時間尺度為一個季節到數千年不等；而且植物反過來又會改變地面反射率和粗糙度，影響水分的蒸發、蒸騰，以及地下水循環。由于動物需要得到適當的食物和棲息地，所以動物群體的變化，也反應了氣候的改變。

　　氣候系統的屬性可以概括為以下四個方面：熱力屬性，包括空氣、水、冰和陸地的溫度；動力屬性，包括風、洋流及與之相聯系的垂直運動和冰體移動；水分屬性，包括空氣濕度、云量及云中含水量、降水量、土壤濕度、河湖水位、冰雪等；靜力屬性，包括大氣和海水的密度和壓強、大氣的組成成分、大洋鹽度及氣候系統的幾何邊界和物理常數等。這些屬性在一定的外因條件下通過氣候系統內部的物理過程(也有化學過程和生物過程)而互相關聯著，并在不同時間尺度內變化著。

　　有的科學家把氣候狀態定義為：氣候系統的全部成分在任一特定時段內的平均統計特征。這個定義的可取之處在于：

　　(1)它指出氣候的物質基礎是氣候系統，而不僅僅是大氣，它和天氣系統是有區別的；

　　(2)氣候是一個歷史的概念，它和特定的時間階段相聯系，而不存在絕對的氣候概念；

　　(3)某一時段的氣候狀態是指這一時段氣候系統各屬性的平均統計特征，不像天氣是指某一瞬時或某一短時間內大氣中氣象要素和天氣現象的綜合。

　　必須指出，氣候是復雜的自然地理現象之一。氣候系統本身就說明了這個問題，氣候的地帶性和非地帶性的地區差異，更足以表征它的自然地理特性。