L'échelle planétaire est dominée par la circulation générale, un vaste système de cellules convectives généré par le gradient thermique équateur-pôles et modulé par la rotation terrestre via la force de Coriolis. Près de l'équateur, l'air chaud et humide s'élève dans la zone de convergence intertropicale, une ceinture discontinue de convection profonde, de nuages et de précipitations intenses qui ceinture le globe et dont les oscillations saisonnières dictent les régimes de mousson. Cet air divergent en altitude migre vers les pôles et redescend vers 30 degrés de latitude, créant les crêtes subtropicales, des zones semi-permanentes de haute pression marquées par la subsidence, des ciels clairs et la formation des grands déserts terrestres. En surface, l'air reflue vers l'équateur, dévié en alizés dans l'hémisphère nord-est et sud-est, tandis que vers les pôles, les vents d'ouest dominent les latitudes moyennes. 

Cette structuration génère de grandes étendues d'atmosphère (des masses d'air) aux caractéristiques uniformes en termes de température et d'humidité. Lorsque des masses d'air aux propriétés différentes se rencontrent, elles ne se mélangent pas facilement et créent des zones de transition appelées fronts. Un front chaud se produit lorsqu'une masse d'air chaud s'élève lentement au-dessus d'une masse d'air froid, apportant généralement des nuages étendus et des précipitations légères mais prolongées. À l'inverse, un front froid pousse l'air chaud vers le haut de manière brutale, ce qui provoque des orages, des averses violentes et une baisse rapide de la température. Aux hautes latitudes, l'air froid et dense des calottes polaires génère des hautes pressions thermiques et les vents d'est polaires, alors qu'entre l'air polaire froid et l'air subtropical plus doux, un contraste thermique intense matérialise le front polaire, un chapelet de conflits de masses d'air.

C'est à l'échelle synoptique, s'étendant typiquement sur plusieurs centaines à quelques milliers de kilomètres pour une durée de vie de quelques jours à une semaine, que se structurent les dépressions et les anticyclones qui rythment le temps sensible des latitudes tempérées. Ces systèmes sont profondément liés aux courants-jets, typiquement quatre tubes (deux dans chaque hémisphère) de vents extrêmement rapides ondulant entre la troposphère et la stratosphère.

• Les dépressions. - Dans les creux de ces ondes planétaires, l'air converge et s'élève. En montant, l'air se refroidit et l'humidité qu'il contient se condense, formant des nuages et entraînant des conditions météorologiques instables, venteuses et pluvieuses. L'air convergeant vers le centre de la dépression est dévié par la force de Coriolis (due à la rotation de la Terre), créant une rotation caractéristique qui s'effectue dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Nord et dans le sens horaire dans l'hémisphère Sud. La dépression des latitudes moyennes est par essence une perturbation du front polaire, se développant sous la forme d'une onde frontale. Une langue d'air chaud s'insinue vers le pôle (front chaud) tandis que l'air froid plonge vers l'équateur en aval (front froid), ce dernier, plus dense et rapide, rattrapant le premier pour former un secteur chaud. Le système s'approfondit en puisant son énergie dans le contraste thermique et le cisaillement du vent, jusqu'à l'occlusion où le secteur chaud est soulevé du sol. 

• Les anticyclones. - En périphérie de ces basses pressions, des anticyclones (systèmes de haute pression) mobiles s'intercalent, sièges de subsidence, de divergence au sol et de temps calme, pouvant s'installer en situation de blocage oméga, une configuration où un anticyclone tenace est encadré par deux dépressions, figeant le défilé des perturbations pendant des semaines. Les anticyclones se caractérisent par de l'air qui descend vers la surface. Ce mouvement descendant, appelé subsidence, réchauffe l'air et empêche la formation de nuages. Les anticyclones sont donc généralement associés à un temps calme, sec et ensoleillé. Bien qu'ils apportent souvent du beau temps, ils peuvent parfois causer des épisodes de pollution atmosphérique en hiver ou des canicules prolongées en été en bloquant la circulation des autres systèmes météorologiques plus actifs.

• La convection organisée, notamment la ligne de grains, un alignement orageux quasi linéaire pouvant s'étirer sur des centaines de kilomètres, se forme souvent en avant d'un front froid, lorsque la plongée d'air sec en altitude crée une instabilité conditionnelle extrême, libérant l'énergie potentielle convective disponible. Le courant de densité généré par l'évaporation des précipitations soulève brutalement l'air ambiant à l'avant, régénérant continuellement de nouvelles cellules orageuses. 

• Le complexe convectif de méso-échelle est un système plus circulaire, qui se distingue par une vaste zone de précipitations stratiformes couronnée par des sommets de nuages très froids vus par satellite, persistant souvent la nuit, alimenté par un jet de basses couches apportant chaleur et humidité.

• Les ondes orographiques se déploient dans un registre lié au relief sous le vent des montagnes lorsque l'écoulement stable est perturbé verticalement. Elles se matérialisent par des nuages lenticulaires stationnaires en forme de lentilles et peuvent être associées à des turbulences extrêmement dangereuses ainsi qu'à des vents catabatiques dévalant les pentes, comme le föhn, un vent sec et chaud après avoir libéré son humidité au vent du massif.

• La tornade est un entonnoir rotatif d'une extrême intensité, connectant la base d'un orage supercellulaire au sol. La supercellule qui l'engendre est elle-même un système orageux méso-cyclonique de longue durée caractérisé par un courant rotatif ascendant, le mésocyclone, dont la formation résulte du basculement de la vorticité environnementale par un fort cisaillement vertical du vent. Au sein de cette vaste rotation, la concentration et l'étirement de la vorticité à très petite échelle donnent naissance à la tornade, un vortex dont les vents peuvent excéder les 300 kilomètres par heure, couplé à une chute de pression dévastatrice en son coeur.

• La trombe marine, sur les océans tropicaux, bien que généralement moins puissante, suit un principe de convergence tourbillonnaire sous un nuage convectif. 

• La turbulence pure, de manière plus diffuse, se manifeste à l'échelle subméso par des phénomènes comme les fronts de rafales, des limites de courant froid s'évasant au sol à l'avant d'un orage, formant un arcus nuageux et provoquant des sautes de vent soudaines et des poussières.