太阳
太阳，天气的创作者，在太阳系中心已经熊熊燃烧了几十亿年。在它的核心，温度高达27，000，000°F（15，000，000℃）。无数氢核相互碰撞聚合，形成氦核并产生巨大的能量，其中的大部分以每分钟6×1027卡路里热量的速度从太阳中被释放出来。
太阳释放的总能量中，地球仅仅得到其中的大约20亿分之一，部分原因是两个星体相距大约93，000，000英里（150，000，000千米），部分是因为地球表面积比较小。剩余的能量则散失在宇宙中。那些到达地球的能量，尽管很少，但足够加热地球，它维持了生命的繁荣，并为大气提供能量，形成我们所知道的天气。
地球吸收不同波长的太阳光谱。一些是来自可见光的短波能量。一些是植物通过光合作用生长所必需的紫外线能量。这种能量一旦被吸收，一部分就会被地表和在其上的所有物体反射回大气并进入太空。对太阳能的反射能力被称为反射率。
太阳怎样使地球变热
红外波长的辐射使地球变热。光能被地球吸收，然后以长波的红外辐射形式进入大气，在那幅它被云、二氧化碳（CO2）和其他微量气体吸收。之后大气把其中一部分能量辐射向太空，一部分返射回地表，逐渐形成热量。这个自然的加热过程被称为温室效应。
地球不断运行着以平衡自身的温度，其散失与吸收的热量终将平衡。
白天地球吸收热量比散失的多，在晚上它继续放射热量，在这个过程当中地表渐渐冷却下来。从太阳吸收的能量大约有21％以这种方式散失。
大约有27％的到达地球的太阳能以传导或对流的形式传播开来。传导是当物体被加热时，物体里相对移动快的分子把能量直接传送给另一个分子的过程。土地和水就以这种方式慢慢地传播它们的热量。对流是在液体或气体里，通过分子运动进行的热量传播，也是云形成的一种方式。空气被地表加热，所以它的分子运动速度较快，传播得更远，占据更多的空间。比较温暖的轻空气上升得较高，并分散直到冷却至它的凝固点——云就形成了。
地球运动
地球是一颗赤道微凸两极略扁的行星。它以每秒18.5英里（29.8千米）的速度绕太阳公转。公转轨道长583，820，580英里（193，568，147千米）。这样，地球公转一周需要365天5小时48分46秒。公转轨道是椭圆形而非圆形，太阳正位于轨道中心附近，因此，北半球在1月份比7月份更接近太阳。然而，北半球在1月份却是最冷的时期。很明显，这种椭圆形的轨道结构并不是形成各种季节的决定因素。
地球在公转的同时，还绕地轴自西向东自转。地轴是一条假想的穿过南北两极点的直线。自转周期为24小时——运行一天。赤道（行星上最宽的部分）上的任何一处都是以每小时2.4万英里（39，000千米）的速度转动，这种转动速度在向两极方向上不断减弱，直到两极点线速度为零。
地轴并不垂直于它椭圆形的平面：它形成一个23.5度的倾斜角。正是由于这一角度及运转轨道，使地表的不同部分朝向太阳，形成季节的变换。
依据加热地表的太阳能能量多少，地球呈现出不同季节。除了地球两极点与太阳等距离时的春分、秋分两点外，始终是一个极点偏向太阳，另一个极点远离太阳。当北极偏向太阳时，北半球受太阳光照射更直接，每天日照更长。热能积聚的结果就形成了我们所说的夏季。与此同时，南半球正值冬天：南极偏离太阳，所受太阳光照射时间短，以低角度照射的太阳光线强度减弱。
如果地轴没有倾斜将会怎样呢？如果轴线平行于地球椭圆表面，那么长达一周白昼的最热的夏季将出现在两极；假设地轴垂直于椭圆轨道表面，赤道处得到的光线会更强烈，并伴随纬度的升高而减弱，除两极外所有的地方昼夜平分，并且不会产生季节性的变化。
无论何时，地球上一半是白昼，一半是黑夜。偏向太阳的极点每年至少在一次的自转中受到24小时照射。然而由于地球的形状、地轴的倾斜以及地表凹凸不平的影响，使得在任何一个季节里，高纬度地带都会因光线入射角过低，而很难甚至得不到一点热量。另一方面，热带地区因太阳光线终年直接照射而吸收或多或少的持续太阳能。
大气
我们的气候形成于包围在地球周围的多层的大气结构之中。大气层的厚度为600英里（996千米）。与地球7928英里（12，759千米）长的直径相比，大气就像对着台球呼一口气所形成的薄雾一样。然而，在地球和对人体有害的太空之间，也幸好有这一层薄薄的大气层。大气层吸纳着我们生命所必需的氧气、水汽，防止地球被太阳发出的紫外线烤干。大气层也保护着地球，防止它遭受流星雨的袭击。每年，有数十万吨的宇宙碎片以某一角度进入大气层，但其中许多碎片都在大气层中跳跃（就像打水漂时，在水面上飞行的石头一样）。而另外一些则在大气层中烧毁了。月球，正是由于没有大气的保护，不断遭受宇宙碎片的袭击，形成了坑坑洼洼的表面。
地球的大气层由五大层构成，层与层之间有些有明显的界限或过渡层。大气没有外边缘——只是向外逐渐变薄，直到距地表3100英里（5000千米）的地方，再向外则是真空了。以此为边界向内延伸便是外逸层，它主要是由氢原子组成。
大气中原子间由于离得很远，所以很难相互碰撞，甚至在绕地球一周之后也不会碰到其他原子。这些原子以惊人的速度运动，温度高达4500°F（2500℃）。
贴近地表处，大气密度增大，气压随各大气层气体的增多而升高。在外逸层之下是电离层。
在电离层的底部，两气体分子之间的距离超过0.5英里（0.8千米）。接下来便是中间层，由氦原子和氧原子组成。在这一层中，如果没有特殊的设备仍无法呼吸。
接下来是平流层。平流层含有能吸收来自太阳紫外线的臭氧层。在这一层中，不时的会出现一些高耸的云层，由于对流作用使得这一层很平静，适合于飞机飞行。
平流层通过对流层顶过渡到对流层。这一层顶距两极点5英里（8千米），距赤道则增厚到10英里（16千米）。99％的气体分子都集中在最低的19英里（31千米）范围内。在这个范围内，气体分子几乎每移动1／300万英寸（0.000008厘米），就要和另一分子碰撞，这些气体分子有氧分子、氮分子以及水汽，二氧化碳和其他一些气体。这些分子相互碰撞时所产生的能量不断地进行传递，从而产生了气流——风的来源，这正是全球的气候模式的根本原因。
各种天气的形成
在太阳开始散发光芒之后不久，太阳系的九大行星就产生了，每颗行星都被某种特定的大气环绕着。虽然这些大气产生于相同的基本元素，但不同的运行轨道和时间的推移产生了很大的差异。包围着水星的氦气层包含太少的分子以至于不能形成某种气候。最外层的行星是小冥王星，然而当它运行到离太阳较近时，它就有一个由氮和甲烷组成的薄薄的大气层。
然而当它运行到离太阳较远时，它的大气层却是一层静态的，不能形成气候的霜冻薄层。
气体巨人上的天气被如此称谓的气体巨人——木星、土星、海王星和天王星——它们的大气主要由氢和氦组成的。木星的大气或许延伸到了它的核心（大约43，000英里即69，000千米深）——虽然在大约600英里（1000千米）的深度，氢气压缩变成液态。越往深处气体变得越密集以致像金属一样。在晴朗的夜晚，能够看见木星上被称为大红斑的台风覆盖了三倍于地球面积的地区。
在太阳系的强风行星：土星和海王星上，旋转的台风也是如此猛烈——每小时1200英里（1900千米）。天王星，完全倾斜到一边，有20年长的季节：当温度达到-300°F（-184℃）的大面积的寒冷的风暴爆发时，标志着春天的融化开始了。
陆地上的天气
金星和火星上有我们所认知的天气。因为金星的轴线几乎不倾斜，它缺少季节变化：它在任何时候都是炎热的。大气有95％是二氧化碳，通过温室效应加热着金星地表，平均温度达到885°F（457℃）。
金星的地表气压是90标准大气压（91，192毫巴），而地球地表气压为1标准大气压（1013毫巴），猛烈的东风以每小时200英里（322千米）的速度绕着金星运行，使那里狂风大作。光线透过厚厚的硫酸云层倾泻出来，使金星在夜空中闪闪发光。
火星大气中含有95％的二氧化碳，但是它有一个相对小的引力。它的大部分原始气体已经被太阳风吹散了。火星平均地表压力是0.008标准大气压（8毫巴）。气压低，加之极度的干燥，就阻止了水的形成积聚。这意味着火星几乎没有云，薄薄的大气还使火星对于太阳的热量相当敏感：例如，赤道的温度全年在-193°F至+72°F（-125℃至+22℃）之间变动。冰层覆盖了火星的两极，它们的融化和冻结受到火星与太阳远近距离的影响，也受到速度为每小时125英里（200千米）的风的影响，它产生了强大的尘埃云，阻挡了太阳光，使冰层的融化慢下来。这些灰尘风暴时常侵袭着整个星体。
天气的创造者
即使在南极洲——地球上最干燥的地方，空气中也含有水分。如果空气是完全干燥的，将会有更多的从地表辐射的热量散失在太空中。值得地球上的生命庆幸的是，空气包含能很好地吸收能量的水汽。更值得庆幸的是，空气中的水汽能够持续不断地得到补充。在不断的循环中，水从陆地和海洋蒸发并聚集成云。然后产生雨、雪或其他形式的降水，其整个过程都是自我循环的。
空气有施加压力的重量。空气越多，重量越大，压力越强。空气的深度——大气层厚度，依据地球的地势而变化。在山巅处空气就比较少，因此大气压就比山谷中气压低。
气压还受温度的影响，温度的高低标志着分子运动的程度。空气分子不停地彼此来回运动，周围的任一分子都可能会碰巧与之相撞。这种撞击继而产生热量。因此气压越强一也就是说，有更多的分子彼此相互碰撞，空气温度就高。此外，运动的分子数量越多，为其所占据的空间就越大。所以，对于给定的同体积的暖空气和冷空气，前者含有的分子数量要少于后者。暖空气较小的密度意味着它比较轻，相对于密度较大，较重的易于下沉的冷空气而言更易于上升。
大气中的水分子在三种状态之间不停地来回转化：气态、液态和固态。雨从云中降落意味着更多的水分子脱离气态并形成小水滴（凝结），相对于水分子从小水滴状态进入气体状态（蒸发）。
这两个过程，凝结和蒸发，在我们周围空气中时时刻刻都在进行着，但因温度不同，进行的速度也会有所不同。例如，在一个晴朗无云阳光灿烂的日子里，热量会加速蒸发的速度，防止空气中的小水滴存活太久。所以，返回水汽的水分子比以小水滴形式存在的水分子要多。空气冷却，蒸发的速度会下降直至蒸发的水分子少于凝结的水分子：在这一点上，我们说空气饱和，水汽通常会凝结成小微滴，形成云、薄雾和浓雾。
气团
在同一温度、压力和温度下含有或多或少的空气分子的巨大实体称为气团。气团非常大，通常覆盖数万平方千米的面积。它们控制了其形成和途径地区的天气特征。大陆气团比较干燥，海洋气团则比较潮湿，极地气团比较寒冷，热带气团则比较温暖。一个气团或许以一种类型开始，而慢慢变成另一种类型。在前页的地图上描绘出了地球上的最显著的主要气团。
气压系统
在气象图上，被标有一个“高”字的气团比周围的气团有一个较高的地面气压。低压气团则在气团相互磨擦和混合的空白处被找到（记住，“高”和“低”就如同“热”和“冷”，是相对的词）。一般说来，气团不是很容易就可以相互混合的。当密度差异很大的气团相遇时，它们之间的低压区通常发展成为极不稳定的区域，使气团间的过渡变得剧烈起来，形成狭窄的多雨地带，称为锋。
高压和低压受制于高空急流，而急流的形成又始于高压和低压。在地表，空气运动得相对比较慢，由于科里奥利效应呈圆周运动。
巨大的半永久性的低压气团和高压气团产生并引导移动的气压系统。在一定地区它们对天气的影响占主导地位，它们的位置和强度随着季节的变迁而变化。在7月份这些气压系统的位置，而此时正值印度雨季。然而在1月份一个称作“阿留申”的低压区沿着阿拉斯加沿岸移动，在夏季则消失，再次引起亚洲风暴，并使其移至太平洋的高空，影响北美。类似地，使北美风暴移至亚热带大西洋上空，在冰岛加强形成低压（冰岛低压）；重新进入欧洲。
在这样的情况下，所有影响天气的物理因素——水汽、气压和气团正在同时发挥作用，造成巨大影响。
风
尽管空气看不见，虚无缥缈，但它却时时刻刻的存在着，它吹拂我们的脸颊，使旗帜飘扬，使船帆涨满，使云飘过天空。有时它却发出狂啸，就像在华盛顿山上，在那儿，1934年4月12日，山顶阵阵狂风，以每时233英里（373千米）的速度被载人世界纪录。
当空气在旋转着的地球上空移动时，它就被称为风。地球的运动不是风产生的原因。大气自身与地球相伴，并围绕着地球旋转。是气压使空气处于运动状态。气压不均衡地分布在地球周围。为达到全球均衡，空气从高压地区移向空气密度较小的低压地区。这个运动以各种各样的形式体现，从夏季的和风到大陆季风，诸如印度季风。
气象学家通过标出压力绘制大气图。联接等压点的线称为等压线。它们形成类似地势图上等高线的同心圆或光滑的曲线，而且正如等高线表示河流流过地面的快慢一样，等压线则表示了风吹动的强弱。等压线越密，压力梯度越大，风速就越大。
在地势图上，河流从高地向低地直接穿过海拔线。但是在等压线图上，空气并不直接穿过等压线，因为地球旋转影响着风从高压吹向低压。
当空气环绕着旋转的地球表面远距离移动时，它最初的向东的动量在地表开始改变。设想空气移向北极：当空气接近极点时，在那儿地球转动为零，风更加缓慢地向东越过大片土地。结果是，这股空气继续保持它相对地表转向东的动量。这样，即使空气以相当直的路线越过纬线向极地方向移动，相对于向东旋转的地球，它看起来也是向东转向越过经线。
