Klimatologi er studiet af atmosfæren og vejrmønstre over tid. Dette videnskabsområde fokuserer på at registrere og analysere vejrmønstre i hele verden og forstå de atmosfæriske forhold, der forårsager dem. Det forveksles undertiden med meteorologi, som er studiet af vejret og vejrudsigter. Klimatologi fokuserer dog primært på de naturlige og kunstige kræfter, der påvirker vejrmønstrene på lang sigt. Forskere, der har specialiseret sig i dette område, kaldes klimatologer.
De første studier af klimaet kan spores tilbage til det antikke Grækenland, men klimavidenskaben, som den er kendt i dag, opstod først med indførelsen af den industrielle tidsalder i det nittende århundrede. Videnskaben om klimatologi voksede i takt med, at videnskabsfolk blev interesseret i at forstå vejrmønstre. I den seneste tid har klimatologer i stigende grad fokuseret deres forskning på de ændringer i Jordens klima, der er sket siden den industrielle tidsalder. Jorden er blevet varmere og varmere i takt med, at den menneskelige industri er vokset og har frigivet mere kulstof i atmosfæren. Denne effekt, der kaldes global opvarmning, er et særligt vigtigt emne for klimatologer. Ved at studere den globale opvarmning kan klimatologer bedre forstå og forudsige de langsigtede virkninger af menneskeskabte klimaændringer.
Klimatologer søger at forstå tre hovedaspekter af klimaet. Det første aspekt er de vejrmønstre, der styrer de normale forhold i forskellige regioner i hele verden. For det andet forsøger klimaforskere at forstå forholdet mellem forskellige aspekter af vejret som f.eks. temperatur og sollys. Det tredje aspekt af klimaet, som klimatologer undersøger, er den måde, hvorpå vejret ændrer sig over tid. Resultaterne af denne type forskning har vist, at menneskelige aktiviteter påvirker Jordens generelle klima, f.eks. med øgede globale temperaturer. Derfor undersøger klimatologer også de menneskelige årsager til klimaændringer; de er især interesserede i aktiviteter, der frigiver drivhusgasser, og deres forbindelse til den globale opvarmning.
Dertil kommer, at klimatologer ser på naturlige ændringer i luft- og havstrømme som El Niño og La Niña, som er faser i en svingende cyklus af luft- og havtemperaturer over Stillehavet. Svingningerne mellem de varme El Niño- og de kolde La Niña-faser påvirker klimaet i hele verden. Disse havstrømsmønstre resulterer i ændringer i den normale forskel mellem atmosfærens og havets temperaturer. Forskerne tager også hensyn til de virkninger, som solens aktivitet og variationer i solenergien har på klimaet over tid. Nogle naturbegivenheder kan bidrage til den globale opvarmning, f.eks. vulkanudbrud, som frigiver store mængder aske og andre stoffer i atmosfæren. Selv om disse begivenheder beskytter Jorden mod solstråling ved at frigive store mængder drivhusgasser i atmosfæren, bidrager de samme drivhusgasser til den globale opvarmning. En stor del af de klimaændringer, som klimatologer undersøger, er imidlertid knyttet til menneskelig aktivitet, især menneskers brug af fossile brændstoffer, som er den største bidragyder til drivhusgasser i atmosfæren i dag. Ved at studere virkningen af disse gasser kan forskerne ikke blot forstå, hvordan Jordens klima har ændret sig som følge af menneskelig aktivitet, men også hvordan det kan fortsætte med at ændre sig, hvis mennesket fortsætter med at frigive drivhusgasser i atmosfæren.
