气候异常是相对于气候正常而言的。所谓气候正常，是指气候的变化接近于多年的平均状况，较适宜于我们的日常生活和农业生产。而气候异常则是指气候平均状态发生了显著变化，或者是与气候平均状况相比，气候的偏差值（气温偏高或偏低的幅度、降水偏多或偏少的幅度等）出现了显著变化，亦或是两者都出现了统计学意义上的显著变化。
气候的偏差值增大表明气候状态的稳定性减弱，气候变化变得敏感，出现极端气候事件的可能性增加。气候异常通常是不频繁出现的，如极冷、极热、严重干旱、特大暴雨、严重冰雹、超强台风等，但对我们的日常生活和农业生产都会造成非常严重的影响。
气候异常是由气候系统的变化引起的。气候系统包括大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈（陆地）和生物圈，五大圈层之间既相互联系也相互影响。当其中某一个圈层发生变化时，必然引起其他圈层出现变化。在所有圈层中，大气圈是气候系统中最不稳定、变化最快的部分。
我们都生活在大气圈中，大气圈的状态和变化直接影响着我们的生存条件和各种活动。气候系统中其他圈层变化产生的最终影响结果，都会反映在大气圈中。因此，大气圈是气候系统的中心。当大气圈中某个地方的大气环流出现异常时，也会导致另外一个地方出现异常。
引起气候系统变化的原因有很多，概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类。自然的气候波动包括太阳辐射的变化，火山爆发等；而人类活动包括化石燃料燃烧以及森林砍伐等引起的大气中温室气体浓度的增加，硫化物气溶胶浓度的变化，陆面覆盖和土地利用的变化等。
