כאשר מדברים על מזג אוויר, מתארים למעשה את התופעות היומיות המתחוללות באטמוספרה. לעומת זאת, אקלים הוא ממוצע מזג האוויר באזור מסוים, בכל ימות השנה. על מנת למדוד את תופעות מזג האוויר, אנו משתמשים בברומטר למדידת לחץ האוויר, בתרמומטר למדידת הטמפרטורות, באנמומטר למדידת כיוון הרוח ומהירותה, במד גשם למדידת כמות המשקעים, ובהיגרומטר למדידת הלחות היחסית באוויר.
מכשירים אלה ואחרים, מורכבים בכדורים פורחים, במטוסים ובלוויינים, המשדרים נתונים על מצב האטמוספרה, והמטאורולוגים מעבדים אותם ומוציאים תחזיות.
מזג האוויר תלוי בשינויים החלים בגושי האוויר, באורך מסעם ובאופייה של הדרך (אם היא יבשתית, ימית, סביבה חמה או קרה). בארץ אין שינויי מזג אוויר קיצוניים כמו בארצות הצפון, אולם יש אירועי שרב בסתיו ובאביב ולעתים קרה בחורף.
באירופה ובצפון ארה"ב למשל, לא יודעים מה יהיה מזג האוויר בעונת הקיץ, ובארץ יודעים בוודאות שיוני, יולי ואוגוסט הם חודשים לא גשומים. במדבריות צ'ילה למשל לא ירדו גשמים למעלה ממאה שנה, ובהוואי הטרופית יורדים גשמים כמעט בכל יום. על מנת לקבוע את סוג האקלים של אזור מסוים יש למדוד את נתוני מזג האוויר, כגון טמפרטורות, רוחות ומשקעים, מדי יום במשך למעלה משלושים שנה.
בארצות גדולות יש שוני אקלימי באזורים השונים, ואפילו בארץ ישראל שונה האקלים של הגליל העליון מזה של מדבר יהודה והנגב. אם בשני אזורים יש אותה כמות משקעים, אין זה אומר שבשניהם יש אותו אקלים. למשל כמות המשקעים השנתית של הגליל העליון, שווה לזה של אזורים מסוימים באירופה, אולם שם הם מתחלקים על פני כל השנה וכאן הם יורדים בעיקר בחורף. מאחר שיש ביניהם הבדל משמעותי בטמפרטורות השנתיות, האקלים שם הוא ממוזג והאקלים כאן הוא סובטרופי ים תיכוני. גם הצמחייה הטבעית מהווה סימן היכר לאזורי האקלים בכדור הארץ.
הסיבות העיקריות לקיום סוגי אקלים, זה המרחק מקו המשווה, המרחק מהים והגובה מעל פני הים. הטמפרטורה של אזורי כדור הארץ, מושפעת מזווית קרינת השמש עליהם. האזור המשווני מקבל את הקרינה המרוכזת ביותר, לכן הוא חם בכל ימות השנה. הקטבים מקבלים את ריכוז הקרינה הנמוך ביותר לכן קר שם תמיד. בין הקטבים נמצא אזור האקלים הממוזג, שבו יש ארבע עונות סימטריות, בנות שלושה חודשים כול אחת ואזור האקלים הסובטרופי- ים תיכוני, שבו הקיץ ארוך מיתר העונות.
אזורים הסמוכים לים, ממוזגים יותר בחורף מאזורים מרוחקים ובקיץ הם יותר קרירים, גם אם הם נמצאים על אותו קו רוחב. הקרבה לים משפיעה גם על כמות המשקעים היורדת סמוך לחוף ומתמעטת ככל שמתרחקים מהחוף. יוצא מכלל זה הוא מדבר הסהרה המשתרע עד לחופי הים ויש בו מעט משקעים. לעומת זאת, אגן האמזונס בברזיל הנמצא במרחק 1,600 ק"מ מהים, מקבל כמות משקעים רבה מאד כי הוא באזור הטרופי.