Die Klimatologie ist die Lehre vom Klimasystem und dessen räumliche und zeitliche Veränderung sowie die dafür verantwortlichen Faktoren. Daher untersucht die Klimatologie die Bedingungen und Abläufe der physikalischen Erscheinungen der Atmosphäre. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Betrachtung der physikalischen Zustände in der mittleren und höheren Atmosphäre und deren Einflüsse auf das Klimageschehen auf der Erdoberfläche. Dabei ist für sie eine analytische Arbeitsweise kennzeichnend, indem sie das Klimasystem in einzelne physikalisch definier- und messbare Elemente, die Klimaelemente, auflöst.
Die Klimatologie kann in zwei Teilgebiete untergliedert werden:
Da das Klimasystem eng mit den anderen Teilsystemen der Erde in Wechselbeziehung steht, ist die Klimatologie als Teilgebiet der Meteorologie eine multi- und interdisziplinär arbeitende Wissenschaft.