Atmosferska cirkulacija je globalno gibanje zraka, ki razporeja toploto, ki jo prejme sončno sevanje, od toplejših do hladnejših regij. Če se Zemlja ne bi vrtela okoli svoje osi in bi imela gladko in enakomerno površino, bi se vroč zrak dvignil na ekvatorju in tekel proti polom. Tam bi se ohladil in potonil, kar bi ustvarilo povratni tok na ekvator vzdolž površine Zemlje. Obstajali bi dve veliki, enakomerno vrteči se konvekcijski celici, ena na severni polobli in ena na južni. Namesto tega poenostavljenega vzorca je zemeljsko atmosfersko kroženje bistveno bolj zapleteno.
Preveč poenostavljen model zemeljskih atmosferskih vzorcev ima eno veliko konvekcijsko celico na vsaki polobli. V resnici so na vsaki hemisferi tri konvekcijske celice. Ogret, vlažen tropski zrak v bližini ekvatorja se dviga in odteka stran od ekvatorja ter tvori Hadleyjevo celico. Preko polov se spušča hladen, suh zrak, ki poganja polarne celice. Ferrel Celice so bolj spremenljive in jih najdemo med Hadleyjevimi in polarnimi celicami.
Vrtenje Zemlje, nagib njene osi, značilnosti površine, oceanski tokovi in lokalni vremenski vzorci vplivajo na globalne atmosferske vzorce. Namesto da vetrovi tečejo v ravni črti, jih vrtenje Zemlje povzroči ukrivljenost. Coriolisova sila odklanja vetrove severne poloble v desno in vetrove južne poloble v levo. Prispeva k nastanku zahodnih vetrov v srednjih zemljepisnih širinah in vzhodnih vetrov v tropskih in polarnih pasovih. Coriolisova sila proizvaja tudi rotacijske vetrove okoli visokotlačnih in nizkotlačnih celic.
Sezonske premike atmosferskega kroženja povzroča nagib zemeljske osi. Ker se neposredni sončni žarki sezonsko premikajo severno in južno od ekvatorja, se vzorci kroženja spreminjajo. Značilnosti površja Zemlje vplivajo tudi na globalno atmosfersko cirkulacijo. Večje kopensko območje na severni polobli in ustrezno večje oceansko območje na južni polobli povzročata razlike v treh konvekcijskih celicah na vsaki polobli.
Številni kompleksni dejavniki, ki vplivajo na atmosfersko cirkulacijo, so ljudem otežili ustrezno modeliranje globalnih vzorcev kroženja zraka. Šele v 20. stoletju so bili izdelani natančni modeli atmosferskega kroženja z uporabo računalnikov in satelitskih podatkov. Ti modeli so bili zelo podobni dejanskemu delovanju atmosfere, kar je znanstvenikom pomagalo bolje razumeti podnebje in vremenske vzorce. Zgodnji napredek pri napovedovanju vremena z uporabo računalniškega modeliranja se je razvil, saj so veliko bolj realistični in kompleksni modeli omogočali natančnejše napovedi. Modeli atmosferskega kroženja se uporabljajo za razumevanje dolgoročnih podnebnih sprememb v preteklosti in napovedovanje učinkov sprememb v prihodnosti.