Atmosferska cirkulacija je globalno kretanje zraka, koje distribuira toplinu dobivenu sunčevim zračenjem iz toplijih u hladnije regije. Da se Zemlja ne okreće oko svoje osi i da ima glatku i jednoliku površinu, vrući zrak bi se dizao na ekvatoru i strujao prema polovima. Tamo bi se ohladio i potonuo, stvarajući povratni tok prema ekvatoru duž površine Zemlje. Postojale bi dvije velike, jednoliko rotirajuće konvekcijske ćelije, jedna na sjevernoj hemisferi i jedna na južnoj. Umjesto ovog pojednostavljenog obrasca, Zemljina atmosferska cirkulacija je znatno složenija.
Previše pojednostavljen model Zemljinih atmosferskih obrazaca ima jednu veliku konvekcijsku ćeliju u svakoj hemisferi. U stvarnosti, u svakoj hemisferi postoje tri konvekcijske stanice. Zagrijani, vlažni tropski zrak u blizini ekvatora diže se i teče dalje od ekvatora tvoreći Hadleyjevu ćeliju. Preko polova, hladan, suh zrak se spušta i pokreće polarne ćelije. Ferrel stanice su varijabilnije i nalaze se između Hadleyjevih i polarnih stanica.
Rotacija Zemlje, nagib njezine osi, značajke površine, oceanske struje i lokalni vremenski obrasci utječu na globalne atmosferske obrasce. Umjesto da vjetrovi teku u pravoj liniji, rotacija Zemlje uzrokuje da se oni zakrivljuju. Coriolisova sila skreće vjetrove sjeverne hemisfere udesno i vjetrove južne hemisfere ulijevo. Pridonosi stvaranju zapadnih vjetrova u srednjim geografskim širinama i istočnih vjetrova u tropskim i polarnim zonama. Coriolisova sila također proizvodi rotacijske vjetrove oko visokotlačnih i niskotlačnih ćelija.
Sezonske promjene u cirkulaciji atmosfere uzrokovane su nagibom Zemljine osi. Kako se izravne sunčeve zrake sezonski kreću sjeverno i južno od ekvatora, obrasci cirkulacije se mijenjaju. Značajke na površini Zemlje također utječu na globalnu cirkulaciju atmosfere. Veće kopneno područje na sjevernoj hemisferi i odgovarajuće veće oceansko područje na južnoj hemisferi uzrokuju varijacije u tri konvekcijske stanice na svakoj hemisferi.
Mnogi složeni čimbenici koji utječu na atmosfersku cirkulaciju otežali su ljudima primjereno modeliranje globalnih obrazaca cirkulacije zraka. Tek u 20. stoljeću napravljeni su točni modeli atmosferske cirkulacije pomoću računala i satelitskih podataka. Ovi su modeli jako nalikovali stvarnom radu atmosfere, pomažući znanstvenicima da bolje razumiju klimu i vremenske obrasce. Rani napredak u predviđanjima vremena korištenjem računalnog modeliranja evoluirao je jer su mnogo realističniji i složeniji modeli omogućavali točnija predviđanja. Modeli atmosferske cirkulacije koriste se za razumijevanje dugoročnih klimatskih promjena u prošlosti i predviđanje učinaka promjena u budućnosti.