Klimatologi berhubungan dengan studi iklim. Ini adalah cabang dari ilmu atmosfer dan subfield geografi fisik, yang merupakan salah satu Ilmu Bumi. Belakangan ini, Klimatologi sekarang mencakup aspek oseanografi, hidrologi dan biogeokimia. Pengetahuan dasar tentang iklim dapat digunakan dalam peramalan cuaca jangka pendek sementara model iklim digunakan untuk berbagai tujuan dari studi dinamika cuaca dan sistem iklim terhadap proyeksi iklim di masa depan.
Ada beberapa pendekatan yang berbeda dalam Klimatologi
1. Paleoklimatologi yang berusaha merekonstruksi iklim masa lalu dengan memeriksa catatan seperti inti es dan cincin pohon (dendroclimatology)
2. Paleotempestologi yang mengandalkan penggunaan catatan masa lalu untuk menentukan frekuensi badai selama ribuan tahun
3. penggunaan data meteorologi yang terkumpul selama bertahun-tahun untuk mempelajari iklim kontemporer
4. penggunaan model statistik atau matematis untuk mempelajari atmosfer dan dinamikanya
5. pemodelan untuk memahami iklim masa lalu, sekarang dan potensi masa depan
6. klimatologi historis dimana iklim terkait dengan sejarah manusia dan hanya berfokus pada beberapa ribu tahun terakhir.
Karena iklim merupakan representasi jangka panjang dari cuaca dalam skala besar dan merupakan produk proses yang kompleks, peneliti harus memiliki pemahaman yang sangat baik tentang hukum fisika yang biasanya dinyatakan sebagai persamaan diferensial.
Hal ini membuat sulit untuk melakukan penelitian iklim karena persamaan biasanya digabungkan dan tidak linier, sehingga memerlukan metode numerik untuk mendapatkan solusi perkiraan. Terkadang iklim dimodelkan sebagai proses stokastik saat mendekati proses yang sangat kompleks. Kegiatan ini memerlukan pendekatan kuantitatif dalam klimatologi.