Je vysoko zložitý systém pozostávajúci z piatich hlavných zložiek: atmosféry, hydrosféry, kryosféry, povrchu zeme a biosféry, a vzájomných vzťahov medzi nimi. Posledné štyri podsystémy predstavujú aktívny povrch. Slnečná energia, ktorá sa dostáva do interakcie medzi atmosférou a aktívnym povrchom je hnacím motorom meteorologických a klimatických zmien. Existencia klimatického systému Zeme sa môže datovať od vzniku atmosféry, teda zhruba na 4,5 miliardy rokov. Následne vznikali ďalšie zložky systému, ktoré spolu výrazne interagujú a vzájomne sa ovplyvňujú. Každá z týchto zložiek predstavuje zložitý termodynamický systém, v ktorom prebieha veľké množstvo fyzikálnych a chemických procesov. Medzi jednotlivými zložkami klimatického systému prebieha neustále výmena hmoty aj energie. Klimatický systém je teda veľmi zložitý nelineárny systém.
Typickou vlastnosťou klimatického systému teda je, že sa neustále premieňa a vyvíja a je zároveň natoľko zložitý že súčasná veda nemôže úplne presne popisovať a predpovedať jeho ďalší vývoj.