Aparte de las mareas, todos los movimientos atmosféricos y oceánicos están impulsados por el Sol; hay dos preguntas básicas (¿Qué le ocurre a la radiación solar? y ¿Qué le ocurre al agua?); la mayor parte de la energía solar llega a los trópicos, mientras que la radiación de onda larga saliente está distribuida más uniformemente entre las distintas latitudes. El exceso de calor en las latitudes bajas se transfiere hacia los polos por movimientos en la atmósfera y en el océano. La atmósfera puede considerarse como una máquina de calor gigante e ineficiente que absorbe calor en el cinturón ecuatorial caliente, perdiéndolo más cerca de los polos. En las latitudes bajas el aire asciende, formando cinturones ecuatoriales de lluvia, viajando en dirección polar antes de descender en los anticiclones subtropicales y volviendo al ecuador como vientos alisios. En latitudes mayores a 30° latitud N y 30° latitud S los vientos suelen dirigirse hacia el Oeste, pero se producen depresiones y anticiclones itinerantes que provocan inestabilidades meteorológicas en las latitudes medias. Tanto el nicho meridional de baja latitud como las perturbaciones de menor escala transfieren calor desde los trópicos hacia los polos; también determinan la circulación general en la atmósfera (los vientos del mundo).
Estos comportamientos de los vientos son los que inducen las corrientes superficiales medias del océano, impulsadas sobre todo por el viento. Las corrientes más profundas se originan por diferencias de densidad. Así puede producirse la circulación termoclina efectuada por el hundimiento del agua superficial fría y salina, y por tanto densa, como para llegar y llenar los cuencas profundas del océano. Los mecanismos no están claros y puede que las circulaciones impulsadas por el viento y las impulsadas por diferencias de densidad interactúen. Se están usando modelos informáticos del océano, y de la relación atmósfera-océano, para estudiar los movimientos implicados. Es muy importante llegar a una comprensión más profunda del clima para poder obtener fiabilidades mayores en las predicciones meteorológicas y en la determinación de la escala y de la intensidad de cualquier calentamiento global posible.
Un programa internacional mayor, el Experimento de Circulación Oceánica Mundial (WOCE, siglas en inglés), está en marcha y permitirá un gran incremento de los conocimientos sobre la estructura y la circulación de los océanos; también hay proyectos para el establecimiento de un Sistema de Observación del Clima Global que incluirá un Sistema de Observación Oceánica Global (GOOS, siglas en inglés); este sistema está siendo diseñado para que suministre observaciones oceánicas recogidas de forma regular durante décadas que permitan seguir los cambios en la circulación oceánica.
