主要的大气环流带有纬度30°以下赤道地区的信风和纬度30°到60°之间的中纬度西风带。决定气候的重要因素还有洋流，尤其是将热量从赤道海域带往极地地区的温盐环流。
地表蒸发的水蒸气也通过大气环流来运送。如果大气环境适合，温暖湿润的空气上升，然后其中的水汽凝结，形成降水落回地面。降水中的大部分通过河流系统流向低海拔地区，通常会回到海洋中或者聚集在湖泊里。这种水循环是地球能维持生命的重要原因，也是地表构造在漫长地质时期受到侵蚀的主要因素。各地降水量大相径庭，从一年数千毫米到不到一毫米都有。一个地区的平均降水量由大气环流、地貌特征和气温差异共同决定。
地球表面获得的太阳能量随纬度增高而递减。高纬度地区太阳照射地面的角度较小，阳光必须通过的大气层较厚，因此年平均气温较低。纬度每增高1度，海平面处的年平均气温就降低大约0.4°c变化。地球表面可分为气候大致相似的若干纬度带，从赤道到两极依次是热带、亚热带、温带和极地气候。根据各地气温和降水量的异同可以划定不同的气候类型。常用的柯本气候分类法将全球气候分为五大类：A类热带气候，b类干旱气候，c类温带气候，d类冷温带气候，E类极地气候和高山气候，每个大类被进一步分为若干小类。
纬度并非气候的决定因素。由于水的比热比岩土的比热大，海洋性气候往往比大陆性气候更为温和。事实上，南半球处于夏季时地球离太阳更近，导致南半球全年接受到的辐射总量比北半球多。若不是南半球的水域面积比北半球更大，多出的水域吸收了多余的辐射，南半球的平均气温将比北半球高2.3°c。大气环流和洋流的影响同样重要。在高纬度地区，受到暖流和西风的作用，大陆西岸的气候往往比同纬度内陆及大陆东岸的气候更为温和。北欧北部处于北极圈内，气候却比较适宜。纬度较低的加拿大北部及俄罗斯远东地区反而呈现寒冷的极地气候。在南美洲低纬度地区的西岸，受到秘鲁寒流的影响，夏季没有酷暑。此外，气候还与高度有关，海拔越高，气候越寒冷。
地球表面的气温受到太阳辐射的影响，全球地表平均气温约15c左右。而在不见阳光的地下深处，温度则主要受地热的影响，随深度的增加而增加。在地球中心处的地核温度更高达6000c以上，比太阳光球表面温度更高。地球表面最热的地方是巴士拉，最高气温为58.8c。地球北半球的“冷极”在东西伯利亚山地的奥伊米亚康，1961年1月的最低温度是-71c。
世界的“冷极”在南极大陆，1967年初，俄罗斯人在东方站曾经记录到-89.2c的最低温度。1913年于美国加利福尼亚州死亡谷国家公园内的炉溪谷地所测得的56.7°c为测得的最高气温。