Η ατμοσφαιρική κυκλοφορία είναι η παγκόσμια κίνηση του αέρα, που διανέμει τη θερμότητα που λαμβάνεται από την ηλιακή ακτινοβολία από τις θερμότερες σε ψυχρότερες περιοχές. Εάν η Γη δεν περιστρεφόταν γύρω από τον άξονά της και είχε μια λεία και ομοιόμορφη επιφάνεια, ο θερμός αέρας θα ανέβαινε στον ισημερινό και θα έρεε προς τους πόλους. Εκεί θα κρυώσει και θα βυθιζόταν, δημιουργώντας μια ροή επιστροφής στον ισημερινό κατά μήκος της επιφάνειας της Γης. Θα υπήρχαν δύο μεγάλες, ομοιόμορφα περιστρεφόμενες κυψέλες μεταφοράς, ένα στο βόρειο ημισφαίριο και ένα στο νότιο. Αντί αυτού του απλοποιημένου σχεδίου, η ατμοσφαιρική κυκλοφορία της γης είναι πολύ πιο περίπλοκη.
Ένα υπερβολικά απλοποιημένο μοντέλο των ατμοσφαιρικών μοτίβων της Γης έχει ένα μεγάλο κύτταρο μεταφοράς σε κάθε ημισφαίριο. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν τρία κύτταρα μεταφοράς σε κάθε ημισφαίριο. Ο θερμαινόμενος, υγρός τροπικός αέρας κοντά στον ισημερινό ανεβαίνει και ρέει μακριά από τον ισημερινό σχηματίζοντας το κύτταρο Hadley. Πάνω από τους πόλους, δροσερός, ξηρός αέρας κατεβαίνει, οδηγώντας τα Polar Cells. Τα κύτταρα Ferrel είναι πιο μεταβλητά και βρίσκονται μεταξύ των κυψελών Hadley και Polar.
Η περιστροφή της Γης, η κλίση του άξονά της, τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας, τα ωκεάνια ρεύματα και τα τοπικά καιρικά μοτίβα επηρεάζουν τα παγκόσμια ατμοσφαιρικά μοτίβα. Αντί οι άνεμοι να ρέουν σε ευθεία γραμμή, η περιστροφή της Γης τους αναγκάζει να καμπυλωθούν. Η δύναμη Coriolis εκτρέπει τους ανέμους του βόρειου ημισφαιρίου προς τα δεξιά και τους ανέμους του νότιου ημισφαιρίου προς τα αριστερά. Συμβάλλει στο σχηματισμό των δυτικών ανέμων στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη και των ανατολικών ανέμων στις τροπικές και πολικές ζώνες. Η δύναμη Coriolis παράγει επίσης τους περιστροφικούς ανέμους γύρω από κυψέλες υψηλής και χαμηλής πίεσης.
Οι εποχικές μετατοπίσεις στην ατμοσφαιρική κυκλοφορία προκαλούνται από την κλίση του άξονα της Γης. Καθώς οι άμεσες ακτίνες του ήλιου κινούνται εποχιακά βόρεια και νότια του ισημερινού, τα μοτίβα κυκλοφορίας αλλάζουν. Τα χαρακτηριστικά στην επιφάνεια της Γης επηρεάζουν επίσης την παγκόσμια ατμοσφαιρική κυκλοφορία. Η μεγαλύτερη χερσαία έκταση στο βόρειο ημισφαίριο και η αντίστοιχη μεγαλύτερη ωκεάνια περιοχή στο νότιο ημισφαίριο προκαλούν διακυμάνσεις στα τρία κύτταρα μεταφοράς σε κάθε ημισφαίριο.
Οι πολλοί περίπλοκοι παράγοντες που επηρεάζουν την ατμοσφαιρική κυκλοφορία κατέστησαν δύσκολο για τον άνθρωπο να μοντελοποιήσει επαρκώς τα παγκόσμια πρότυπα κυκλοφορίας του αέρα. Μόλις τον 20ο αιώνα παρήχθησαν ακριβή μοντέλα ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας χρησιμοποιώντας υπολογιστές και δορυφορικά δεδομένα. Αυτά τα μοντέλα έμοιαζαν πολύ με την πραγματική λειτουργία της ατμόσφαιρας, βοηθώντας τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τα κλιματικά και καιρικά μοτίβα. Οι πρώτες πρόοδοι στις προβλέψεις καιρού με χρήση μοντελοποίησης υπολογιστή εξελίχθηκαν καθώς πολύ πιο ρεαλιστικά και πολύπλοκα μοντέλα επέτρεψαν πιο ακριβείς προβλέψεις. Τα μοντέλα ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας χρησιμοποιούνται για την κατανόηση των μακροπρόθεσμων κλιματικών αλλαγών στο παρελθόν και την πρόβλεψη των επιπτώσεων των αλλαγών στο μέλλον.