Les systèmes climatiques sont causés par l'ensemble des interactions entre l'atmosphère, les eaux de surface, la cryosphère, la lithosphère et la biosphère de la Terre, qui sous l'effet du rayonnement solaire, détermine le climat de la planète. L'énergie reçue est absorbée différemment par les diverses composantes. Les océans représentent le principal réservoir de la chaleur capturée et d'humidité. Ils l'échangent principalement avec l'atmosphère. La position des courants marins et leur température déterminent donc une grande partie du climat. D'autre part, les continents et surtout le relief introduisent des barrières physiques à ces échanges qui modifie grandement la distribution des précipitations, de la chaleur et de la végétation.
L'échelle des climats régionaux ou mésoclimats, qui s'applique à des régions de plusieurs milliers de kilomètres carrés, soumises à certains phénomènes météorologiques bien particuliers (Sirocco, vent venu du désert) du fait de l'interaction entre la circulation générale et le relief. Le climat de l'Alsace, asséché par l'effet de foehn, fournit un exemple typique de climat régional.
L'échelle de ces climats s'applique à des sites qui s'étendent sur quelques dizaines de kilomètres carrés tout au plus en moyenne. Cette échelle du climat reste en rapport étroit avec les particularités environnementales d'un espace peu étendu. La présence de reliefs (monts induisant des vallées, relief de cuesta,...), d'étendues aquatiques (lacs, océan, rivières,...) va influer sur les phénomènes de vents, d'humidité et d'écarts de température. En fond de vallée par exemple, au lever du jour, la température sera beaucoup moins élevée qu'au sommet des versants en adret, pourtant situé à quelques kilomètres de là. La circulation, les échanges entre masses d'air locales ne seront ainsi pas les mêmes que dans la vallée voisine, peut être orientée différemment par rapport au soleil. Ces particularités peuvent avoir une origine humaine — il s'agit essentiellement du climat urbain — ou être entretenues par un milieu naturel tel qu'un rivage marin ou lacustre ou bien une forêt.
Cette échelle, enfin, concerne des sites peu étendus grands d'une centaine de mètres carrés, parfois beaucoup moins. Les traits spécifiques de la topographie et de l'environnement à petite échelle — bâtiments et obstacles divers, couvert végétal, niches rocheuses... — modifient dans ce cas sur des aires réduites, mais de façon parfois très notable, les caractéristiques générales du courant aérien, de l'ensoleillement, de la température et de l'humidité.