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複雜過程， 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。
大氣圈是氣候系統中最活躍、變化最大的組成部分。
1）大氣圈的組成：
大氣是由多種氣體混合組成的， 此外， 還懸浮由一些固體雜質和液體微粒；
大氣的氣體組成成分：主要成分——氮、氧、氬， 99.96%；微量氣體成分——二氧化碳、臭氧、甲烷等；
2）大氣的結構：
大氣的上界：物理上界——1200km；著眼於大氣密度， 約2000－3000km。
大氣的垂直分層：觀測證明， 大氣在垂直方向上的物理性質是有顯著差異的。 根據溫度、成分等物理性質， 同時考慮到大氣的垂直運動等情況， 可將大氣分為五層：
（1）對流層：
範圍：～對流層頂（對流層頂高度的緯度、季節變化）
主要特徵：氣溫隨高度增加而降低；垂直對流運動顯著；氣象要素水準分佈不均勻。
對流層的分層：行星邊界層（或摩擦層）、自由大氣、對流層頂。
（2）平流層：
範圍：對流層頂～55km左右。
主要特徵：隨高度的增高， 氣溫最初保持不變或微有上升， 約30km以上， 氣溫隨高度增加而顯著升高；氣流比較平穩，
（3）中間層：
範圍：平流層頂～85km左右。
主要特徵：氣溫隨高度增加迅速下降；垂直運動強烈；水汽含量更少；電離層D層。
（4）熱層：
此層沒有明顯的頂部。 有人觀測在250～500km；有人認為可達800km。
主要特徵：氣溫隨高度增加迅速升高；空氣處於高度電離狀態；在高緯度晴夜， 可出現極光。
（5）散逸層：
是大氣的最高層， 又稱外層。
主要特徵：該層的主要特點是大氣粒子經常散逸至星際空間， 是大氣圈與星際空間的過渡地帶。
水圈、陸面、冰雪圈和生物圈1）水圈：
水圈包括海洋、湖泊、江河、地下水和地表上的一切液態水， 其中海洋在氣候形成和變化中最重要。
海溫的垂直變化：表層暖層、斜溫層、冷水層。
海洋在氣候系統中具有最大的熱慣性，
2）陸面：
岩石圈、陸地表面；岩石圈變化時間尺度長；陸面的動力作用和熱力作用。
3）冰雪圈：
冰雪圈包括大陸冰原、高山冰川、海冰和地面雪蓋等。
冰雪圈的變化尺度：陸地雪蓋——季節變化；海冰——季節到幾十年際的；大陸冰原和冰川——幾百甚至到幾百萬年。
冰雪圈對地表熱量平衡的影響：很大的反射率；阻止地表和大氣間的熱量交換。
4）生物圈：
對氣候變化很敏感， 反過來影響氣候。 對大氣和海洋的二氧化碳平衡、氣溶膠粒子的產生以及其他與氣體成分和鹽類有關的化學平衡等的作用。