氣候模式是由描述物理 、流體運動 和化學 的基本定律的微分方程 組所構成的系統。為了運行一個模式，科學家將地球劃分成許多三維網格，應用這些基本方程，以及評價結果。大氣模式在每個網格里計算風 、熱傳輸 、輻射 、相對濕度 和地表水文 ，還要評估與相鄰網格間的相互作用。風、熱傳輸和其他變量僅僅被用來計算一個最終結果，因此它們不被要求對應真實世界裡的情況。在有些數值方案里虛擬的變量被使用。 大氣環流模式 （G eneral C irculation M odel，GCM ）是描述行星大氣 或海洋的數學模型 。它是基於旋轉球體的納維－斯托克斯方程 ，包括熱力學 項來反映很多能量源（比如輻射 、潛熱 ）。這些方程式用於模擬 地球大氣或海洋的複雜電腦程式的基礎。大氣和海洋環流模式（AGCM和OGCM）、海冰 、陸地表面過程是全球氣候模式 （G lobal C limate M odel）的關鍵成分。大氣環流模式和全球氣候模式被廣泛的應用與天氣預報 、理解氣候 、預測氣候變化 等方面。用於研究十年到百年時間尺度的氣候的模式最早是由真鍋淑郎 和科克·布萊恩 普林斯頓 的地球物理流體動力學實驗室 里創造的。[ 1]
「GCM」這個縮寫經常被用來代指「全球氣候模式」或「大氣環流模式」。雖然這兩類模式不完全一樣，但大氣環流模式通常是用來模擬氣候的工具。因此這兩個術語有時在討論氣候模式
1956年諾曼·菲利普斯（Norman Phillips）提出了一個可以真實描述對流層 的月和季度天氣 模式的數學模型，該模型成為第一個成功的氣候模式 [ 2] [ 3] [ 4] NOAA 的地球物理流體動力學實驗室 發展起來的。[ 1] 美國國家大氣研究中心 已經發展出社群大氣模式，其後還得到不斷的完善，直到21世紀還在使用。[ 5] [ 6] 氣候變化 ，比如哈德利氣候預測與研究中心 HadCM3 [ 4] 重力波 的重要性才被意識到並在模式中考慮。如今，為了正確的模擬區域和全球尺度的大氣環流，全球氣候模式必須包括重力波，即使重力波的寬譜使得結合他們很複雜。[ 7]
實際的大氣與地球表面之間有交互作用的存在，為了更接近實際狀況而演化出耦合模式(couple model)。尤以占地球面積最大的海洋，溫度受到大氣作用而每分每秒都在變化，海面的溫度也會反饋給大氣。大氣模式預報一個時間步長後將結果傳達給海洋模式，海洋模式接著預報一時間步長並回傳，兩模式彼此循環預報成為海氣耦合環流模式（CGCM或AOGCM）。而海洋模式、海冰模式、路面蒸散模式、河流徑流模式...等，由許多模式構成整個全球耦合環流模式便成了完整的氣候模式 基礎，在此架構下，便可以用來探討氣候變遷的反應(例如Sun和Hansen，2003)。
三維環流模式將流體運動的方程離散化，然後對時間做向前積分。這些模式也會包含對一些尺度過小而不能直接解析的過程（比如對流）的參數化。隨著對模式要求越來越多，更複雜的模式還可能包括代表碳循環、氣溶膠與化學元素、碳循環、水循環、陸地使用種類…等，未來更可能將生物也考慮進去。
簡化大氣環流模式（SGCM） ，縮小版的GCM，一般包含一個動力核心 ，將物質屬性（比如溫度）和動力屬性（比如壓力和速度）聯繫起來。比如，求解原始方程組 的程序就是例子。被給的能量輸入到模式中，能量以摩擦力 的形式耗散，乃至波數最高的那些大氣波
Climate Change Prediction: A challenging scientific problem (2005) （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ）. By Prof. A.J. Thorpe. Explains how predictions of future climate change are made using climate models.Climate Simulations for 1951–2050 with a Coupled Atmosphere–Ocean Model （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ） by Sun and Hansen (2003)History of Global Climate Modelling （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ）E-Media from GFDL's CCVP Group （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ）. Includes videos, animations, podcasts and transcripts on climate models.GFDL's Flexible Modeling System （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ） containing code for the climate models.Dapper/DChart – plot and download model data referenced by the Fourth Assessment Report (AR4) of the Intergovernmental Panel on Climate Change .Chapter 8: Climate Models and Their Evaluation . The IPCC Working Group I Fourth Assessment Report (2007).CCSP, 2008: Climate Models: An Assessment of Strengths and Limitations A Report by the U.S. Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research [Bader D.C., C. Covey, W.J. Gutowski Jr., I.M. Held, K.E. Kunkel, R.L. Miller, R.T. Tokmakian and M.H. Zhang (Authors)]. Department of Energy, Office of Biological and Environmental Research, Washington, D.C., USA, 124 pp.BBC News: Models 'key to climate forecasts' （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ）. Dr Vicky Pope of the Hadley Centre explains how computer models are used to predict the day-to-day weather and changes to the climate (2007).The scientific basis for projections of climate change (in a nutshell) （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ）. Video of a lecture given at Princeton University by Isaac Held, Professor of Geosciences and Atmospheric and Oceanic Sciences, Princeton University and Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL). 26 February 2008.(IPCC 2001 section 8.3) – on model hierarchy(IPCC 2001 section 8) – much information on coupled GCM'sCoupled Model Intercomparison Project On the Radiative and Dynamical Feedbacks over the Equatorial Pacific Cold Tongue Basic Radiation Calculations （頁面存檔備份 ，存於網際網路檔案館 ） – The Discovery of Global WarmingHenderson-Sellers, A.; Robinson, P. J. Contemporary Climatology . New York: Longman. 1999 [2012-07-26 ] . ISBN 0-582-27631-4存檔 於2007-09-28）.
