Sirkulasi atmosfer adalah pergerakan global udara, mendistribusikan panas yang diterima dari radiasi matahari dari daerah yang lebih hangat ke daerah yang lebih dingin. Jika Bumi tidak berputar pada porosnya dan memiliki permukaan yang halus dan seragam, udara panas akan naik di ekuator dan mengalir menuju kutub. Itu akan mendingin dan tenggelam, menciptakan aliran balik ke khatulistiwa di sepanjang permukaan Bumi. Akan ada dua sel konveksi besar yang berputar seragam, satu di belahan bumi utara dan satu di selatan. Alih-alih pola yang disederhanakan ini, sirkulasi atmosfer bumi jauh lebih kompleks.
Model pola atmosfer bumi yang terlalu disederhanakan memiliki satu sel konveksi besar di setiap belahan bumi. Pada kenyataannya, ada tiga sel konveksi di setiap belahan bumi. Udara tropis yang panas dan lembab di dekat ekuator naik dan mengalir menjauh dari ekuator membentuk Sel Hadley. Di atas kutub, udara sejuk dan kering turun, menggerakkan Sel Kutub. Sel Ferrel lebih bervariasi dan ditemukan di antara Sel Hadley dan Polar.
Rotasi Bumi, kemiringan porosnya, fitur permukaan, arus laut, dan pola cuaca lokal semuanya memengaruhi pola atmosfer global. Alih-alih angin mengalir dalam garis lurus, rotasi Bumi menyebabkannya melengkung. Gaya Coriolis membelokkan angin belahan bumi utara ke kanan dan angin belahan bumi selatan ke kiri. Ini berkontribusi pada pembentukan angin barat di lintang tengah dan angin timur di zona tropis dan kutub. Gaya Coriolis juga menghasilkan angin rotasi di sekitar sel bertekanan tinggi dan rendah.
Pergeseran musiman dalam sirkulasi atmosfer disebabkan oleh kemiringan sumbu bumi. Saat sinar matahari langsung secara musiman bergerak ke utara dan selatan khatulistiwa, pola sirkulasi berubah. Fitur di permukaan bumi juga mempengaruhi sirkulasi atmosfer global. Luas daratan yang lebih besar di Belahan Bumi Utara dan luas lautan yang sesuai di Belahan Bumi Selatan menyebabkan variasi dalam tiga sel konveksi di setiap belahan bumi.
Banyaknya faktor kompleks yang mempengaruhi sirkulasi atmosfer menyulitkan manusia untuk secara memadai memodelkan pola sirkulasi udara global. Baru pada abad ke-20 model sirkulasi atmosfer yang akurat diproduksi menggunakan komputer dan data satelit. Model-model ini sangat mirip dengan cara kerja atmosfer yang sebenarnya, membantu para ilmuwan lebih memahami pola iklim dan cuaca. Kemajuan awal dalam prediksi cuaca menggunakan pemodelan komputer berkembang karena model yang jauh lebih realistis dan kompleks memungkinkan prediksi yang lebih akurat. Model sirkulasi atmosfer digunakan untuk memahami perubahan iklim jangka panjang di masa lalu dan memprediksi efek perubahan di masa depan.