Hai yếu tố đóng vai trò lớn nhất trong việc xác định khí hậu là lượng nhiệt năng mà mặt trời cung cấp và cách năng lượng này được lưu trữ và truyền đi. Khí hậu Trái đất là một hệ thống phức tạp được cung cấp bởi bức xạ mặt trời làm nóng bề mặt hành tinh.
Mức độ bức xạ Mặt trời đến Trái đất thay đổi tùy thuộc vào vị trí của quỹ đạo Trái đất hoặc những thay đổi trong chính Mặt trời. Bức xạ mặt trời chiếu tới hành tinh sẽ phản ứng khác nhau tùy thuộc vào bản chất của bề mặt mà nó tiếp cận. Mặc dù năng lượng nhiệt thường xuyên qua bầu khí quyển với ít lực cản, băng tuyết có thể phản xạ trở lại không gian, trong khi các vùng nước như đại dương có thể lưu trữ và truyền năng lượng này trong khoảng thời gian hàng trăm hoặc hàng năm.
Các yếu tố khác đóng vai trò quyết định khí hậu toàn cầu bao gồm phun trào núi lửa, tác động của các sinh vật sống và tác động của ngành công nghiệp do con người tạo ra. Các kiểu thời tiết toàn cầu, mức độ gần với các dòng hải lưu, lượng mây bao phủ và độ ẩm hiện có cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định khí hậu trên quy mô khu vực. Việc giải phóng các khí nhà kính do con người tạo ra có tác dụng giữ nhiệt trong bầu khí quyển là một yếu tố khác hình thành khí hậu toàn cầu.
