Ilmakehän kiertokulku on ilman globaalia liikettä, joka jakaa auringon säteilystä tulevan lämmön lämpimämmiltä alueilta viileämmille alueille. Jos maapallo ei pyörisi akselinsa ympäri ja sen pinta olisi sileä ja tasainen, kuuma ilma nousisi päiväntasaajalta ja virtaisi kohti napoja. Siellä se jäähtyisi ja uppoaisi luoden paluuvirtauksen päiväntasaajalle pitkin maan pintaa. Siellä olisi kaksi suurta, tasaisesti pyörivää konvektiokentoa, yksi pohjoisella pallonpuoliskolla ja toinen eteläisellä pallonpuoliskolla. Tämän yksinkertaistetun mallin sijaan maapallon ilmakehän kiertokulku on huomattavasti monimutkaisempi.
Liian yksinkertaistetussa maapallon ilmakehän mallissa on yksi suuri konvektiokenno jokaisella pallonpuoliskolla. Todellisuudessa kummallakin pallonpuoliskolla on kolme konvektiosolua. Kuumennettu, kostea trooppinen ilma päiväntasaajan lähellä nousee ja virtaa pois päiväntasaajalta muodostaen Hadley-solun. Napojen yli laskeutuu viileä, kuiva ilma ja ajaa napasoluja. Ferrel-solut ovat vaihtelevampia ja niitä löytyy Hadley- ja napasolujen väliltä.
Maan pyöriminen, sen akselin kallistus, pinnan piirteet, merivirrat ja paikalliset säämallit vaikuttavat kaikki globaaleihin ilmakehän kuvioihin. Sen sijaan, että tuulet virtaisivat suorassa linjassa, Maan pyöriminen saa ne kaartumaan. Coriolis-voima ohjaa pohjoisen pallonpuoliskon tuulet oikealle ja eteläisen pallonpuoliskon tuulet vasemmalle. Se edistää länsituulien muodostumista keskileveysasteilla ja itätuulien muodostumista trooppisilla ja napa-alueilla. Coriolis Force tuottaa myös pyöriviä tuulia korkean ja matalan paineen kennojen ympärillä.
Kausivaihtelut ilmakehän kierrossa johtuvat Maan akselin kallistumisesta. Kun auringon suorat säteet liikkuvat kausittaisesti päiväntasaajalta pohjoiseen ja etelään, kiertomallit muuttuvat. Maan pinnan piirteet vaikuttavat myös globaaliin ilmakehän kiertoon. Suurempi maa-ala pohjoisella pallonpuoliskolla ja vastaava suurempi valtamerialue eteläisellä pallonpuoliskolla aiheuttavat vaihteluita kummankin pallonpuoliskon kolmessa konvektiosolussa.
Ilmakehän kiertokulkuun vaikuttavat monet monimutkaiset tekijät vaikeuttivat ihmisten mallintaa riittävästi globaaleja ilmankiertomalleja. Vasta 20-luvulla tuotettiin tarkkoja ilmakehän kiertokulkumalleja tietokoneiden ja satelliittitietojen avulla. Nämä mallit muistuttivat läheisesti ilmakehän todellista toimintaa, mikä auttoi tutkijoita ymmärtämään paremmin ilmasto- ja säämallit. Varhaiset edistysaskeleet sääennusteissa tietokonemallinnuksella kehittyivät, koska paljon realistisemmat ja monimutkaisemmat mallit mahdollistivat tarkemmat ennusteet. Ilmakehän kiertomallien avulla ymmärretään pitkän aikavälin ilmastonmuutoksia menneisyydessä ja ennakoidaan muutosten vaikutuksia tulevaisuudessa.