気候系の各要素は、常に変化をしている。しかし、各要素の相互関係によって、お互いの変化が相殺（負のフィードバックという）されたり相乗効果（正のフィードバックという）を生んだりして、大きなスケールで見れば安定してバランスをとっている。
だが、小さなスケール、例えば人類を取り巻く気候はどうであるかという視点から見れば、時間的・空間的にさまざまな変化・変動が起こっている事が見えてくる。近年でのこの典型的な例が地球温暖化である。
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ある平均的な気候（平年状態）に比較した、年度ごとの上下のばらつきを気候変動 (climatic variation) と呼び、平年状態が徐々に変化していく場合を気候変化 (climatic change) と呼んで区別する。
また、さまざまな研究により、数千年以上に渡って長期的に見ると、気候には周期的に変化するパターンと突発的に変化するパターンとがあることが分かっている。
周期的な気候変動・気候変化の要因としては、