Klimamodeller er matematiske beskrivelser af, hvordan Jordens klimasystem hænger sammen. Disse avancerede klimamodeller kaldes for Generelle Cirkulations Modeller. De mest avancerede af disse beskriver og sammenkobler forholdene i atmosfæren, havet og biosfæren, primært landjordens plantedække.

De grundlæggende forhold i atmosfæren er temperatur, tryk, vanddampindhold og indhold af vand bundet i skyerne. Hertil kommer naturligvis en eventuelt forhøjet koncentration af drivhusgasser, specielt CO2, samt menneskeskabte aerosoler. For havene er de grundlæggende faktorer havstrømme, temperatur, saltholdighed og tryk samt mængden af havis. Hertil kommer i de mest avancerede modeller optagelse og afgivelse af CO2 i biosfæren.

For at kunne beskrive forholdene i en så stor målestok som hele Jorden, inddeler man jordoverfladen i blokke på 250 x 250 kilometer og atmosfæren i skiver på cirka en kilometer i højden op til 30-40 kilometer. På samme måde bliver havene inddelt i skiver i dybden. Denne grove opløsning er nødvendig for at begrænse antallet af informationer, så computerne kan håndtere dem inden for en rimelig tid. De mest avancerede modeller er utroligt komplekse og kræver store computerressourcer til beregningerne.

Den grove opløsning betyder, at de globale klimamodeller ikke kan beskrive lokale forhold med særlig stor nøjagtighed. Dette problem kan til en vis grad løses ved at lave regionale klimamodeller med en højere opløsning.