氣候系統包括5個物理組成部分：大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈和生物圈，這5個部分在氣候調節上各司其職。

大氣圈：大氣圈也叫大氣層，是氣候系統中的主角，也是最容易變化的部分。例如，當外界熱量輸入(主要是太陽輻射)發生變化后，大氣圈通過各種熱量輸送和交換過程能在一個月的時間內調整對流層溫度的分布。

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水圈：海洋占地球表面面積的71%左右，它能吸收到達地表的大部分太陽輻射能，海水又具有很大的熱容量，所以它是氣候系統中一個巨大的能量貯存庫。洋流通過熱量輸送，調節全球熱量衡。

冰凍圈：冰雪覆蓋層包括大陸冰原、高山冰川、海冰和地面雪被等。冰川和冰原的體積變化與海面的變化有密切的聯系。冰雪具有很大的反射率，在氣候系統中，它是一個致冷因素。

巖石圈：巖石圈處在不停的運動中。海底擴張、大陸漂移、山地隆起，這些變化，都會影響氣候。比如，高原隆升，季風環流就會加強，氣候的季節差異就會增大。

生物圈：生物圈指的是陸地上和海洋中的植物以及生存在大氣、海洋和陸地的動物。比如，植物可以改變地面反射率和粗糙度，影響水分的蒸發、蒸騰，以及地下水循環。動物需要得到適當的食物和棲息地，因而動物群體的變化，也反映了氣候的改變。