Os fenômenos meteorológicos ocorrem devido às diferenças de temperatura, pressão atmosférica ou umidade do ar entre uma massa de ar e outra. Um dos principais motores de formação de eventos meteorológicos de escala global é a diferença do ângulo de radiação solar entre a linha do Equador e os polos e a consequente diferença de temperatura entre estas regiões: a região equatorial recebe a incidência solar diretamente, perpendicular à superfície, enquanto que as regiões polares recebem a incidência solar praticamente em paralelo à superfície, tornando a radiação solar mais difusa e com um poder menor de aquecimento. O intenso contraste de temperatura entre as regiões trópicas e polares geram as correntes de jato nas regiões temperadas, e as perturbações nessas correntes de jato podem vir a gerar ciclones extratropicais. Devido ao eixo da Terra estar inclinado em relação ao plano orbital, o ângulo de incidência da luz solar varia conforme o progresso do ano. Na superfície terrestre, a temperatura normalmente varia entre -40 °C e 40 °C anualmente. Por milênios, as mudanças na órbita terrestre afetam a quantidade e a distribuição da radiação solar recebida pela Terra e influenciam o clima em um longo prazo.

As diferenças da temperatura na superfície causam diferenças de pressão atmosférica. Altitudes altas são mais frias do que altitudes baixas devido às diferenças de calor nas diferenças da densidade da atmosfera. A previsão do tempo é a aplicação da meteorologia para predizer o estado da atmosfera em um momento futuro próximo e em um determinado local. A atmosfera é um sistema caótico, e, portanto, pequenas mudanças na atmosfera podem se multiplicar e ter grandes efeitos no sistema como um todo. As tentativas humanas de manipulação do tempo têm ocorrido em toda a história, e há evidência de que a atividade humana, como a agricultura e a indústria, têm modificado inadvertidamente os padrões meteorológicos.