Net zoals het klimaat zelf veel elementen omvat, waaronder temperatuur, neerslag en wind, is de klimaatsysteem omvat vijf basiscomponenten: de atmosfeer, hydrosfeer, cryosfeer, lithosfeer en biosfeer. Deze essentiële componenten zijn niet passief en werken niet alleen. Het klimaat op aarde wordt veeleer bepaald door een ingewikkelde en dynamische interactie tussen deze vijf componenten.
Atmosfeer
De atmosfeer is in wezen de lucht die het aardoppervlak omhult. Gemeten in volume, bevat de droge lucht van de atmosfeer 78,08 procent stikstof, 20,95 procent zuurstof, 0,93 procent argon en 0,038 procent koolstofdioxide. Hoewel er geen concrete grens is die de atmosfeer definieert, heeft deze geen zichtbare effecten op het klimaat na ongeveer 75 mijl boven het aardoppervlak. Van alle vijf componenten van het klimaat is de atmosfeer het meest dynamisch en veranderlijk. De verwarming en koeling van lucht creëert bijvoorbeeld windstromen die waterdamp vervoeren en warmte van het ene deel van de aarde naar het andere verplaatsen.
hydrosfeer
De zoete en zoute wateren van de aarde, inclusief meren, rivieren, ondergrondse wateren en oceanen, vormen de hydrosfeer. De oceaan is goed voor ongeveer 70 procent van het oppervlak van de planeet. De wateren van de hydrosfeer slaan energie op en transporteren ze, breken mineralen af, slaan koolstofdioxide op en, vooral in het geval van oceanen, houden ze een enorme hoeveelheid warmte vast. Omdat deze hitte drastische temperatuurveranderingen helpt voorkomen, dienen oceanen als de klimaatregelaars van de planeet.
Cyrosfeer
De cryosfeer is het ijs op het aardoppervlak. Dit omvat ijskappen, gletsjers, permafrost, zee-ijs en sneeuwbedekking. Naast het opslaan van grote hoeveelheden water, reflecteert het ijs van de cryosfeer zonnestraling terug in de ruimte. Misschien wel het belangrijkste is dat de cryosfeer bijdraagt aan de circulatie van diep oceaanwater. Omdat grote ijsvolumes zich ophopen en smelten, veroorzaakt het proces variaties in de zeespiegel.
Lithosfeer
De lithosfeer is het vaste land van de aarde. Als de buitenste schil van de planeet omvat de lithosfeer bodems, vlaktes, bergen en alles wat daar geologisch mee verbonden is. In vergelijking met de andere vier componenten heeft de lithosfeer relatief weinig invloed op het klimaat, hoewel de, samenstelling van land en bodem beïnvloedt hoe straling van de zon wordt geabsorbeerd of teruggekaatst in de atmosfeer. Bovendien beïnvloedt de textuur van de lithosfeer de impact van wind terwijl deze over het aardoppervlak reist. De oppervlaktestructuur van de aarde creëert bijvoorbeeld regenschaduwwoestijnen.
biosfeer
Alle levende planten en dieren op aarde vormen de biosfeer, inclusief mariene en terrestrische organismen. Levende wezens oefenen een enorme invloed uit op de opname en uitstoot van broeikasgassen. De planten op aarde slaan aanzienlijke hoeveelheden koolstofdioxide op, waardoor ze belangrijke spelers zijn in de koolstofcyclus. De biosfeer beïnvloedt ook het klimaat van de planeet door oppervlakte-albedo, of de weerkaatsing van licht. De grootschalige textuur van plantengroei in de biosfeer beïnvloedt het proces van wateroverdracht van het land naar de atmosfeer, net zoals het de reis van wind beïnvloedt. Grote bossen dragen bij aan het creëren van hun eigen lokale klimaat.