Atmosfēras cirkulācija ir globāla gaisa kustība, sadalot no saules starojuma saņemto siltumu no siltākiem uz vēsākiem reģioniem. Ja Zeme negrieztos ap savu asi un tai būtu gluda un vienmērīga virsma, karstais gaiss paceltos pie ekvatora un plūstu uz poliem. Tur tas atdziest un nogrimst, radot atgriešanās plūsmu uz ekvatoru gar Zemes virsmu. Būtu divas lielas, vienmērīgi rotējošas konvekcijas šūnas, viena ziemeļu puslodē un viena dienvidu. Šī vienkāršotā modeļa vietā Zemes atmosfēras cirkulācija ir ievērojami sarežģītāka.
Pārāk vienkāršotā Zemes atmosfēras modeļu modelī katrā puslodē ir viena liela konvekcijas šūna. Patiesībā katrā puslodē ir trīs konvekcijas šūnas. Apsildāms, mitrs tropiskais gaiss pie ekvatora paceļas un aizplūst no ekvatora, veidojot Hedlija šūnu. Pāri poliem vēss, sauss gaiss nolaižas, virzot Polārās šūnas. Ferrela šūnas ir daudz mainīgākas un atrodamas starp Hedlija un polārajām šūnām.
Zemes rotācija, tās ass slīpums, virsmas īpatnības, okeāna straumes un vietējie laikapstākļi ietekmē globālos atmosfēras modeļus. Tā vietā, lai vēji plūstu taisnā līnijā, Zemes rotācija liek tiem izliekties. Koriolisa spēks novirza ziemeļu puslodes vējus pa labi un dienvidu puslodes vējus pa kreisi. Tas veicina rietumu vēju veidošanos vidējos platuma grādos un austrumu vēju veidošanos tropiskajā un polārajā zonā. Koriolisa spēks rada arī rotācijas vējus ap augsta un zema spiediena šūnām.
Atmosfēras cirkulācijas sezonālās izmaiņas izraisa Zemes ass slīpums. Tā kā saules tiešie stari sezonāli virzās uz ziemeļiem un dienvidiem no ekvatora, mainās cirkulācijas modeļi. Zemes virsmas īpatnības ietekmē arī globālo atmosfēras cirkulāciju. Lielāka sauszemes platība ziemeļu puslodē un atbilstošā lielākā okeāna platība dienvidu puslodē izraisa atšķirības trīs konvekcijas šūnās katrā puslodē.
Daudzi sarežģītie faktori, kas ietekmē atmosfēras cirkulāciju, cilvēkiem apgrūtināja globālo gaisa cirkulācijas modeļu adekvātu modelēšanu. Tikai 20. gadsimtā, izmantojot datorus un satelīta datus, tika izveidoti precīzi atmosfēras cirkulācijas modeļi. Šie modeļi ļoti līdzinājās faktiskajai atmosfēras darbībai, palīdzot zinātniekiem labāk izprast klimata un laikapstākļu modeļus. Agrīnie sasniegumi laikapstākļu prognozēšanā, izmantojot datormodelēšanu, attīstījās, jo daudz reālistiskāki un sarežģītāki modeļi ļāva veikt precīzākas prognozes. Atmosfēras cirkulācijas modeļi tiek izmantoti, lai izprastu ilgtermiņa klimata pārmaiņas pagātnē un prognozētu izmaiņu ietekmi nākotnē.