為了預測未來氣候變化的趨勢和影響，科學家通常是利用氣候系統模式。地球系統是由不同的圈層構成，包括大氣圈、巖石圈、水圈、冰凍圈、生物圈，各圈層之間的相互影響是個復雜的過程。
氣候系統隨時間變化的過程既要受到外強迫因子如火山爆發、太陽活動等的影響，還要受到人為強迫如人類活動排放的溫室氣體和土地利用變化的影響。
氣候系統模式就是對上述氣候系統的動量、質量和能量的物理和動力學過程的一種數學表達方式，從而使得人們可以借助巨型計算機對涉及的復雜演變過程進行定量的、長時間的、大數據量的運算，了解氣候系統的演變過程、模擬外強迫變化和人類活動的影響以及預測未來氣候變化趨勢。
近幾十年來，全球氣候系統模式由簡單逐漸發展到復雜，并逐漸包括氣溶膠、碳循環、大氣化學等地球生物化學循環過程以及陸冰，形成了地球系統模式。現在對于未來的氣候變化的預估，經常基于同一個模式不同試驗，和不同模式不同試驗的集合/集成進行。
