האקלים דינמי ומשתנה בזמן ובמרחב, החל באירועי קיצון קצרי טווח וכלה בשינויים המתחוללים לאורך זמן גיאולוגי. שינויים אלה נובעים מיחסי גומלין מורכבים בין גורמים מגוונים – ביניהם האטמוספרה, האוקיינוסים, כיפות הקרח והקרחונים, פני השטח והיצורים החיים – הקשורים זה בזה באמצעות מגוון תהליכים פיזיקליים, כימיים, ביולוגיים וגיאולוגיים. מדעי האקלים שואפים להבין את יחסי הגומלין האלה ולעמוד על האופן שבו מגיבה מערכת האקלים לגורמים המניעים אותה, טבעיים ואנושיים כאחד. הבנה זו חיונית לנוכח השפעת הפעילות האנושית על מערכת האקלים ועל תדירותם ועוצמתם של אירועי קיצון ברחבי העולם.