Trái ngược với khí tượng học, môn khoa học nghiên cứu các hệ thống thời tiết ngắn hạn kéo dài lên tới vài tuần, khí hậu học nghiên cứu tần suất và xu hướng của các hệ thống đó. Nó nghiên cứu tính chu kỳ của các sự kiện thời tiết qua nhiều năm cho tới thiên niên kỉ, cũng như là các thay đổi trong quy luật thời tiết trung bình về lâu dài, trong mối quan hệ với các điều kiện khí quyển. Các nhà khí hậu học nghiên cứu cả đặc tính của khí hậu – địa phương, theo vùng và toàn cầu – và các nhân tố tự nhiên hoặc do con người mà khiến khí hậu biến đổi. Khí hậu học cân nhắc quá khứ và có thể giúp dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai.