Atmosferos cirkuliacija – tai visuotinis oro judėjimas, paskirstantis saulės spinduliuotės gaunamą šilumą iš šiltesnių į vėsesnius regionus. Jei Žemė nesisuktų apie savo ašį ir būtų lygaus ir vienodo paviršiaus, karštas oras pakiltų ties pusiauju ir tekėtų ašigalių link. Ten jis atvėstų ir nuskęstų, sukurdamas grįžtamąjį srautą į pusiaują palei Žemės paviršių. Būtų dvi didelės, tolygiai besisukančios konvekcinės ląstelės, viena šiauriniame pusrutulyje ir viena pietiniame. Vietoj šio supaprastinto modelio Žemės atmosferos cirkuliacija yra daug sudėtingesnė.
Pernelyg supaprastintas Žemės atmosferos modelių modelis turi po vieną didelę konvekcinę ląstelę kiekviename pusrutulyje. Tiesą sakant, kiekviename pusrutulyje yra trys konvekcinės ląstelės. Įkaitęs, drėgnas atogrąžų oras prie pusiaujo pakyla ir nuteka nuo pusiaujo, sudarydamas Hadley ląstelę. Virš ašigalių vėsus, sausas oras leidžiasi žemyn, varydamas poliarines ląsteles. Ferrel ląstelės yra labiau kintamos ir randamos tarp Hadley ir poliarinių ląstelių.
Žemės sukimasis, jos ašies posvyris, paviršiaus ypatybės, vandenyno srovės ir vietiniai oro modeliai turi įtakos pasaulio atmosferos modeliams. Vietoj to, kad vėjai tekėtų tiesia linija, Žemės sukimasis priverčia juos lenkti. Koriolio jėgos nukreipia Šiaurės pusrutulio vėjus į dešinę, o Pietų pusrutulio vėjus į kairę. Jis prisideda prie vakarų vėjų susidarymo vidutinėse platumose ir rytų vėjų formavimosi atogrąžų ir poliarinėse zonose. Coriolis Force taip pat sukuria besisukančius vėjus aplink aukšto ir žemo slėgio elementus.
Sezoninius atmosferos cirkuliacijos pokyčius lemia Žemės ašies posvyris. Kadangi tiesioginiai saulės spinduliai sezoniškai juda į šiaurę ir pietus nuo pusiaujo, cirkuliacijos modeliai keičiasi. Žemės paviršiaus ypatybės taip pat turi įtakos pasaulinei atmosferos cirkuliacijai. Didesnis sausumos plotas šiauriniame pusrutulyje ir atitinkamas didesnis vandenyno plotas pietiniame pusrutulyje sukelia trijų konvekcinių ląstelių skirtumus kiekviename pusrutulyje.
Dėl daugelio sudėtingų veiksnių, turinčių įtakos atmosferos cirkuliacijai, žmonėms buvo sunku tinkamai modeliuoti pasaulinės oro cirkuliacijos modelius. Tik XX amžiuje, naudojant kompiuterius ir palydovinius duomenis, buvo sukurti tikslūs atmosferos cirkuliacijos modeliai. Šie modeliai labai panašūs į tikrąjį atmosferos veikimą, padėdami mokslininkams geriau suprasti klimato ir oro modelius. Ankstyvieji orų prognozių pažanga naudojant kompiuterinį modeliavimą išsivystė, nes daug realistiškesni ir sudėtingesni modeliai leido daryti tikslesnes prognozes. Atmosferos cirkuliacijos modeliai naudojami norint suprasti ilgalaikius klimato pokyčius praeityje ir numatyti pokyčių poveikį ateityje.