Klimatologi er studiet af den langsomt varierende opførsel af Jordens atmosfære, oceaner og land (klima) over en periode. Det kan også betragtes som vejr over en periode. Det betragtes som en gren af meteorologi.
To hovedområder inden for klimatologi inkluderer paleoclimatology, studiet af tidligere klimaer ved at undersøge poster såsom iskerner og træringe; og historisk klimatologi, studiet af klima, som det vedrører menneskets historie i de sidste par tusinde år.
Klimatologer studerer ovenstående på en række måder, herunder at studere klimamønstre - langsigtede, der har betydning for vores vejr i dag. Disse klimamønstre inkluderer El Niño, La Niña, den arktiske svingning, den nordatlantiske oscillation og så videre.
En af fordelene ved klimatologi er tilgængeligheden af data til tidligere vejr. At forstå fortidens vejr kan give meteorologer og hverdagens borgere et overblik over tendenser i vejr over en længere periode på de fleste steder over hele kloden.
Selvom klimaet er blevet sporet i et stykke tid, er der nogle data, der ikke kan opnås; generelt alt inden 1880. For dette henvender forskere sig til klimamodeller for at forudsige og generere et bedst gæt, hvordan klimaet kan have set ud i fortiden, og hvordan det kan se ud i fremtiden.
Vejret kom ind i mainstream-medier i slutningen af 1980'erne og 1990'erne, men klimatologien vinder først nu popularitet, da global opvarmning bliver et "levende" problem for vores samfund. Det, der engang var lidt mere end en vasketøjsliste med tal og data, er nu en nøgle til at forstå, hvordan vores vejr og klima kunne ændre sig i vores overskuelige fremtid.