К климатической системе (КС) обычно относят атмосферу, гидросферу, литосферу, криосферу (лед, снег, многолетняя мерзлота) и биосферу. Звенья климатической системы имеют различные физические свойства.

Атмосфера. Два свойства атмосферы делают её ведущим компонентом КС – масштабность и всепроникновение. Атмосфера находится в любой точке поверхности планеты, тогда как все остальные компоненты проявляются только на части этой поверхности: так, океан занимает 70,8% поверхности Земли, суша, соответственно, – 29,2%, ледники – немногим более 3% поверхности, а вместе с морскими льдами и снежным покровом – примерно на 11% поверхности. Площадь, занятая биосферой, значительная, но она разорвана на ареалы с различной плотностью распространения. Так, объем атмосферы, содержащий 99,8% её массы, ограничивается высотой около 60 км и равен 3,82·10¹² км³. Масса воздуха в этом объеме составляет 5,2·10¹⁸ кг. Всепроникаемость атмосферы обусловлена тем, что газы, составляющие атмосферу, постоянно и непрерывно обмениваются с другими компонентами КС. Вместе с тем атмосфера – самая подвижная и изменчивая составляющая КС. Скорость ветра у земли обычно несколько метров в секунду, в свободной атмосфере может достигать нескольких десятков метров в секунду.

Гидросфера, 97,2% которой приходится на воды Мирового океана, имеет объем 1,37·10⁹ км³ и массу 1,43·10²¹ кг. Таким образом, масса гидросферы в 275 раз больше массы атмосферы, а её объем меньше объема атмосферы почти в 279 раз. Вода имеет примерно в 4 раза большую удельную теплоемкость, чем воздух, а теплопроводность воды превышает теплопроводность воздуха примерно в 20 раз. Следовательно, воды Мирового океана являются хорошим аккумулятором солнечной энергии, значительная часть которой передается затем в атмосферу в виде потоков скрытого и явного тепла. Гидросфера – менее подвижная среда по сравнению с атмосферой, средняя скорость океанических течений равна 3,5 см/с (0,035 м/с). Таким образом, скорость перемещения вещества в гидросфере на два порядка меньше, чем в атмосфере. Несмотря на это, гидросферу по сравнению с другими компонентами КС (литосфера, криосфера) следует считать также очень подвижной средой, характеризующейся, как и атмосфера, сложными циркуляционными особенностями. Кроме поверхностных океанических течений, в океане образуются вихри, подобные атмосферным барическим образованиям (циклоны – антициклоны), вихреобразные кольцевые структуры, имеющие диаметр до 100 км и включающие массу воды, отличающуюся по свойствам от окружающей. Обнаружены также подповерхностные течения и движения вод на больших глубинах.  Атмосфера и океан соприкасаются и взаимодействуют на 2/3 поверхности планеты, передавая друг другу тепло, массу и движение. С поверхности океана в атмосферу испаряется основная часть воды, дающая начало влагообороту. Атмосферные ветры формируют поверхностные течения в океане, которые переносят огромное количество тепла, гигантским аккумулятором которого является океан.