Ilmakehämalleilla voidaan arvioida

• ilmastoa menneisyydessä tai tulevaisuudessa (ilmastomallit)

• sääilmiöiden käyttäytymistä lähitulevaisuudessa (sääennustusmallit)

• kemiallisten aineiden liikkeitä ja käyttäytymistä ilmakehässä (leviämis-, kulkeutumis- ja ilmakemiamallit)

Ilmakehämallit ovat ainoa keino, jonka avulla voidaan laatia sääennusteita useiksi vuorokausiksi eteenpäin alueilla, joilla sää vaihtelee nopeasti, kuten esimerkiksi Suomessa. Ilmakehämalleja tarvitaan myös silloin, kun halutaan saada arvio siitä kuinka maapallon ilmasto muuttuu esimerkiksi ilmakehässä olevan hiilidioksin määrän lisääntyessä. Ilmakehämallien avulla voidaan myös  arvioida minne mahdollisessa ydinvoimaonnettomuudessa ilmakehään joutuvat radioaktiiviset hiukkaset ja tulivuorenpurkauksissa vapautuva tuhka kulkeutuvat.

Lähtötilanne on tiedettävä

Mallit tarvitsevat lähtöarvoikseen tietoja ilmakehän tilasta laskennan alkuhetkellä. Nämä tiedot voivat olla ympäri maapalloa tehtyjä säähavaintoja, satelliittimittauksia tai mittauksia ilmakehän kaasujen ja hiukkasten pitoisuuksista.

Numeerisen laskennan aikana tietokoneella ratkaistaan alkutilanteesta lähtien suuri joukko fysiikkaan (ja kemiaan) liittyviä yhtälöitä, joista saadaan selville ilmakehän tila lyhyttä hetkeä myöhemmin. Uutta tilannetta käytetään alkuarvona seuraavaan ajanhetken tilanteen laskentaan ja niin edelleen, kunnes ollaan päästy halutun ennustejakson loppuun.

Malleissa eri mittakaavoja

Ilmakehämalleja on hyvin eri mittakaavaisia yhden savupiipun päästöjen leviämistä kuvaavista malleista aina koko maapallon ilmakehää tuhansien vuosien ajan seuraaviin malleihin asti. Pieniä malleja voi ajaa mikrotietokoneessa, mutta sääennustus- ja ilmastomallit tarvitsevat tehokkaita supertietokoneita.