La circulación atmosférica es el movimiento global del aire que distribuye el calor recibido de la radiación solar de las regiones más cálidas a las más frías. Si la Tierra no girara sobre su eje y tuviera una superficie lisa y uniforme, el aire caliente subiría por el ecuador y fluiría hacia los polos. Allí se enfriaría y se hundiría, creando un flujo de retorno al ecuador a lo largo de la superficie de la Tierra. Habría dos grandes celdas de convección en rotación uniforme, una en el hemisferio norte y otra en el sur. En lugar de este patrón simplificado, la circulación atmosférica de la Tierra es mucho más compleja.
Un modelo demasiado simplificado de los patrones atmosféricos de la Tierra tiene una gran celda de convección en cada hemisferio. En realidad, hay tres celdas de convección en cada hemisferio. El aire tropical húmedo y caliente cerca del ecuador se eleva y fluye desde el ecuador formando la célula de Hadley. Sobre los polos, el aire frío y seco desciende, impulsando las células polares. Las células de Ferrel son más variables y se encuentran entre las células de Hadley y las polares.
La rotación de la Tierra, la inclinación de su eje, las características de la superficie, las corrientes oceánicas y los patrones climáticos locales afectan los patrones atmosféricos globales. En lugar de que los vientos fluyan en línea recta, la rotación de la Tierra hace que se curven. La fuerza de Coriolis desvía los vientos del hemisferio norte hacia la derecha y los vientos del hemisferio sur hacia la izquierda. Contribuye a la formación de los vientos del oeste en las latitudes medias y los vientos del este en las zonas tropicales y polares. La fuerza de Coriolis también produce vientos rotacionales alrededor de celdas de alta y baja presión.
Los cambios estacionales en la circulación atmosférica son causados por la inclinación del eje de la Tierra. A medida que los rayos directos del sol se mueven estacionalmente al norte y al sur del ecuador, los patrones de circulación se alteran. Las características de la superficie de la Tierra también afectan la circulación atmosférica global. Una mayor superficie terrestre en el hemisferio norte y la correspondiente mayor área oceánica en el hemisferio sur provocan variaciones en las tres celdas de convección en cada hemisferio.
Los muchos factores complejos que influyen en la circulación atmosférica dificultan que los humanos modelen adecuadamente los patrones de circulación del aire global. No fue hasta el siglo XX que se produjeron modelos precisos de circulación atmosférica utilizando computadoras y datos satelitales. Estos modelos se parecían mucho al funcionamiento real de la atmósfera, lo que ayudaba a los científicos a comprender mejor el clima y los patrones meteorológicos. Los primeros avances en las predicciones meteorológicas utilizando modelos informáticos evolucionaron a medida que modelos mucho más realistas y complejos permitían predicciones más precisas. Los modelos de circulación atmosférica se utilizan para comprender los cambios climáticos a largo plazo en el pasado y predecir los efectos de los cambios en el futuro.