Globalni ciklusi energije, vode i ugljenika imaju važnu ulogu u oblikovanju klime na Zemlji. Njihov uticaj je takav da promene u ovim ciklusima mogu da izazovu višestruke varijacije klime. Pored promena klimatskih obrazaca, njihov uticaj može da izazove promene i u drugom ciklusu koji na drugi način može izmeniti klimu.
Pored efekta staklene bašte, mnogi drugi procesi zagrevaju i hlade atmosferu. U njih spadaju prenosi toplote sa suncem zagrejanog kopna i površine vode ka nižim slojevima atmosfere. Ovo dovodi do zagrevanja niže i srednje troposfere i drugačiji vertikalni temperaturni profil od onog koji nastaje efektom staklene bašte.
Da bi srednja godišnja temperatura iznad kopna ostala konstantna, Zemlja mora da oslobodi istu količinu energije nazad u svemir, kao onu što prima od Sunca. Drugim rečima, svako dodavanje energije mora da prati ista količina energije koja se oslobodi.
Naučnici su identifikovali brojne komponente koje mogu izazvati promene u balansu energije na planeti. Neke od njih su promene na kopnu, dok u druge spadaju promene u atmosferi. Jedna od najvažnijih komponenti je količina svetlosti koja stiže na Zemlju sa Sunca.
Voda u okeanima, rekama, oblacima i kiši je u stalnom procesu kretanja. Površinska voda isparava, voda u obacima pada i ove padavine teku i prodiru u Zemlju. Ipak, ukupna količina vode na planeti je uvek ista. Cirkulacija i očuvanje vode pokreće hidrološki ciklus ili ciklus vode.
Ovaj ciklus počinje sa isparavanjem vode sa površine. Kako se vazduh, koji nosi vodenu paru, diže u više slojeve atmosfere on počinje da se hladi i kondenzuje u čvrste čestice – mikrokapi. Spajanjem ovih mikrokapi nastaju oblaci.
Kada kap postane dovoljno velika počinje da pada na Zemlju i, u zavisnosti od temperature atmosfere, vraća se kao kiša, sneg ili grad. Vodena para je najvažniji gas staklene bašte i ciklus vode ima veliki uticaj na klimu.
Ugljen-dioksid (CO2) i metan (CH4), dva gasa staklene bašte, čine samo mali procenat atmosfere. Oba sadrže ugljenik i proizvodi su hemijskih procesa. Ugljenik je važna gradivna materija svih živih bića i nalazi se u stenama (krečnjak) i fosilnim gorivima (nafta, ugalj i prirodni gas).
Kao i voda, atomi ugljenika se stalno prelaze iz različitih delova životne sredine kroz prirodni proces nazvan ciklus ugljenika. Ciklus ugljenika ima ogroman uticaj na klimu Zemlje. Važnu ulogu u ciklusu ima stopa razmene ugljenika između atmosfere i morske i kopnene biosfere.
