A klimatológia a légkör és az időjárás időbeli alakulásának tanulmányozása. Ez a tudományterület a világ időjárási mintáinak rögzítésére és elemzésére, valamint az ezeket okozó légköri viszonyok megértésére összpontosít. Néha összetévesztik a meteorológiával, amely az időjárás és az időjárás-előrejelzés tanulmányozása. A klimatológia azonban elsősorban a hosszú távú időjárási mintákat befolyásoló természetes és mesterséges erőkre összpontosít. Az e területre szakosodott tudósokat klimatológusoknak nevezik.
Az éghajlattal kapcsolatos első tanulmányok az ókori Görögországig vezethetők vissza, de a ma ismert éghajlattudomány csak az ipari korszak beköszöntével, a XIX. században alakult ki. A klimatológia tudománya akkor fejlődött ki, amikor a tudósok érdeklődni kezdtek az időjárási minták megértése iránt. Az utóbbi időben a klimatológusok egyre inkább a Föld éghajlatában az ipari korszak óta bekövetkezett változásokra összpontosítják kutatásukat. A Föld egyre melegebbé vált, ahogy az emberi ipar terjeszkedett, és egyre több szenet bocsátott a légkörbe. Ez a globális felmelegedésnek nevezett hatás különösen fontos vizsgálati tárgya a klimatológusok számára. A globális felmelegedés tanulmányozásával a klimatológusok jobban megérthetik és megjósolhatják az ember okozta éghajlatváltozás hosszú távú hatásait.
A klimatológusok az éghajlat három fő aspektusát igyekeznek megérteni. Az első szempont az időjárási minták, amelyek a világ különböző régióiban a normális körülményeket szabályozzák. Másodszor, az éghajlatkutatók megpróbálják megérteni az időjárás különböző aspektusai, például a hőmérséklet és a napfény közötti kapcsolatot. Az éghajlat harmadik aspektusa, amelyet a klimatológusok vizsgálnak, az időjárás időbeli változása. Az ilyen típusú kutatások eredményei azt mutatják, hogy az emberi tevékenység hatással van a Föld általános éghajlatára, például a globális hőmérséklet emelkedésével. Ennek eredményeképpen a klimatológusok az éghajlatváltozás emberi okait is tanulmányozzák; különösen az üvegházhatású gázokat kibocsátó tevékenységek és azok globális felmelegedéssel való kapcsolata érdekli őket.
A klimatológusok emellett a lég- és óceáni áramlatok természetes változásait is vizsgálják, mint például az El Niño és a La Niña, amelyek a Csendes-óceán feletti lég- és óceáni hőmérséklet ingadozó ciklusának fázisai. A meleg El Niño és a hideg La Niña fázisok közötti ingadozás az egész világ éghajlatát befolyásolja. Ezek az óceáni áramlási minták a légköri és az óceáni hőmérséklet közötti szokásos különbség változását eredményezik. A tudósok azt is figyelembe veszik, hogy a naptevékenység és a napenergia időbeli változásai milyen hatással vannak az éghajlatra. Egyes természeti események hozzájárulhatnak a globális felmelegedéshez, például a vulkánkitörések, amelyek nagy mennyiségű hamut és más anyagokat juttatnak a légkörbe. Bár ezek az események nagy mennyiségű üvegházhatású gázok légkörbe juttatásával árnyékolják a Földet a napsugárzástól, ugyanezek az üvegházhatású gázok hozzájárulnak a globális felmelegedéshez. A klimatológusok által vizsgált klímaváltozás nagy része azonban az emberi tevékenységhez, különösen a fosszilis tüzelőanyagok emberi felhasználásához kötődik, amelyek ma a légkörbe jutó üvegházhatású gázok fő okozói. E gázok hatásának tanulmányozása lehetővé teszi a tudósok számára, hogy ne csak azt értsék, hogyan változott a Föld éghajlata az emberi tevékenység következtében, hanem azt is, hogyan változhat tovább, ha az emberek továbbra is üvegházhatású gázokat bocsátanak a légkörbe.
