Ez egy rendkívül összetett rendszer, amely öt fő összetevőből áll: a légkörből, a hidroszférából, a krioszférából, a földfelszínből és a bioszférából, valamint a köztük lévő összefüggésekből. Az utolsó négy alrendszer az aktív felületet jelenti. A légkör és az aktív felszín közötti kölcsönhatásba belépő napenergia a meteorológiai és éghajlati változások hajtóereje. A Föld éghajlati rendszerének létezése a légkör kialakulására, nagyjából 4,5 milliárd évre tehető. Ezt követően a rendszer további komponensei jöttek létre, amelyek jelentős mértékben kölcsönhatásba lépnek egymással és befolyásolják egymást. Ezen komponensek mindegyike egy komplex termodinamikai rendszert képvisel, amelyben nagyszámú fizikai és kémiai folyamat játszódik le. Az éghajlati rendszer egyes elemei között állandó tömeg- és energiacsere zajlik. Az éghajlati rendszer tehát egy nagyon összetett nemlineáris rendszer.
Az éghajlati rendszer jellemző sajátossága, hogy folyamatosan változik és fejlődik, emellett olyan összetett, hogy a jelenlegi tudomány nem tudja teljesen pontosan leírni és előre jelezni további fejlődését.