地球上に起こるほとんど全ての気象現象は、太陽の活動に由来している。もしも太陽の活動が無ければ、地球へのエネルギーの供給が途絶えて、熱は宇宙空間に放出され続けて次第に寒冷化していく事になる。この太陽活動によって供給される熱や光は、緯度や地面の状態、季節や時間などによって異なるため、大気の乱れが発生する。雨や風などの主要な気象現象は、この大気の乱れによって発生すると考えられている。気象学においてはこの乱れを擾乱（じょうらん）（気象擾乱）とよび、「大気の定常状態からの乱れ」と定義している。
太陽放射（日照）など何らかの要因によってある場所が暖められたとする。すると地面や地面に近い大気が暖められ、体積が増えて上昇し、暖められた大気があった場所は気圧が下がる。これが典型的な擾乱である。気圧が下がると圧力勾配が生じて周囲から大気が集まり、その空気がもともとあった場所の気圧が下がり、さらに大気を集める。擾乱を引き起こす要因は無数にあるため、カオス理論で定義されるように科学的に予測できないような効果（この極端な例がバタフライ効果）をもたらし、連鎖を起こしたり周囲に影響を与えたりする。しかし、これに対して擾乱から定常状態に戻ろうとする働きも存在するため、最終的には乱れが元に戻ることになる。これら一連の過程で引き起こされる現象が気象である。
以上のように複雑な仕組みによって気象現象は発生するが、それぞれの現象の発生・経過・消滅はおおむね物理学における原則（例：気圧傾度力、熱力学第二法則など）に従っている。この原則を基に気象現象の仕組みを解明する学問が気象学である。
ほとんどの気象現象は地上から6km?11km付近までの対流圏内で起こる。対流圏内ではハドレー循環、フェレル循環、極循環という3つに代表される大規模な大気の循環が起こっている。しかし、より高い成層圏の下層では非常に速い西風の循環があり、そのほかの大気圏内でも「気象」と呼べる現象がいくつかある。
非常に多くの要因が相互に作用して気象現象が発生するが、ここでは主要なものを挙げる。
天体・天文学的要因
軌道要素と呼ばれる、地球の自転軸・公転などの状態。地球は約23.4°の赤道傾斜角があるため、太陽高度が変化して季節が生まれる。また、ミランコビッチ・サイクルのような赤道傾斜角の数万年単位での変化もある。
地球が球体であること。地球はほぼ球体をしているため、緯度によって太陽高度が異なる。北極や南極に近いほど太陽高度は低いため気温も低く、赤道に近いほど太陽高度は高いため気温は高い。
地表の状態
光や熱の反射率（アルベド）。地表の状態によってアルベドが異なるため、同じ量の太陽エネルギーから受けるエネルギーが異なる。アルベドが低いほど熱や光の吸収が多いため気温が高い。アルベドが低い順に、水（海面や湖面）、森林、草原、サバナ、乾燥土、砂漠、氷（氷床）、雪などがある。同じ土壌であっても、湿っているものはアルベドが低い。
大気の状態（2次的要因）
大気の状態は、前述の2種類の要因によって発生する2次的な要因である。
光や熱の反射率（アルベド）。大気の状態によってアルベドが異なるため、同じ量の太陽エネルギーから受けるエネルギーが異なる。前述と同じくアルベドが低い順に、雲がない状態（快晴）、層雲、高層雲、層積雲などがある。雲の厚さと密度が小さいほどアルベドが低い。
温室効果。大気の成分によって温室効果係数が異なるため、宇宙空間に放出されるエネルギーの量が異なる。六フッ化硫黄や亜酸化窒素は温室効果係数が高いほか、地球に豊富に存在し得る二酸化炭素やメタンの量も温室効果を大きく左右する。温室効果が大きいほど気温は高い。
日傘効果。火山灰や砂ぼこりなどの浮遊粉塵が多いほど日傘効果が高まるため、同じ量の太陽エネルギーの反射率が大きく気温が低い。
気団と呼ばれる空気の塊。温度や湿度が異なる気団があり、どの気団に覆われているかによって地上の気象が異なる。気団の境界面には前線や低気圧が発生しやすい。
雨が岩石を浸食したり、風化を促進するなど、気象が自然の地形にもたらす効果は、地殻変動や海洋による効果と並んで大きなものである。
気象が人類の歴史に大きな影響を及ぼした例もある。1281年の弘安の役において神風と呼ばれる嵐が元軍の撤退に拍車をかけたことは日本では広く知られている。グリーンランドでバイキングの植民地が全滅した小氷期、冷害や大雨により発生した天明の大飢饉、高潮と大雨によってニューオーリンズが水没したハリケーン・カトリーナなど、異常気象と呼ばれるような災害も歴史上で多く発生している。