Глобальные модели позволяют описывать процессы и их изменения, происходящие на территории полушарий, всего земного шара. Они используются для краткосрочного и среднесрочного прогноза элементов погоды (давления, приземной температуры, ветра, полусуточных сумм осадков) на больших территориях (регионы северного, южного полушарий, территория России). Модели дают положение зон с осадками, конфигурация термобарических полей в свободной атмосфере, вертикальная структура тропосферы, положение барических центров. Используются также для формирования граничных и начальных условий для региональных и мезомасштабных моделей. Результаты расчетов по глобальным моделям используются для обслуживания морских ведомств, авиации.

Кроме того, моделирование крупномасштабных колебаний, таких как Эль-Ниньо-Южное колебание и Южно-Тихоокеанское имеют важное значение для исследования тенденций изменения климата, которые, в свою очередь, приводят к изменению погоды в разных регионах.

Любая современная система глобального среднесрочного численного прогноза погоды состоит из прогностической модели, ответственной за воспроизведение динамики глобальной атмосферной циркуляции, и системы усвоения данных реальных наблюдений, применяемой для оценки текущего состояния атмосферы.  

В настоящее время ведущие прогностические центры используют для глобального среднесрочного прогноза численные гидродинамические модели с горизонтальным разрешением 25–90 км. Подавляющее большинство моделей использует полулагранжево представление адвекции и полунеявную схему интегрирования по времени (как правило, двухслойную). Для представления неадвективных слагаемых уравнений гидротермодинамики применяется либо спектральный метод, либо конечно-разностный, либо конечно-элементный.

Несомненным лидером среди глобальных моделей является модель ЕЦСПП. Эта модель – спектральная полулагранжева с двухслойной полунеявной схемой интегрирования по времени. В настоящее время эта модель имеет разрешение Т_L1279 (сеточное разрешение примерно 15 км) и 90 вертикальных уровней. Одной из моделей, применяемых в настоящее время в России для среднесрочного прогноза погоды, является эйлерова спектральная модель с трехслойной полунеявной схемой по времени. Ее разрешение составляет около 120 км в средних широтах (T85), 31 вертикальный уровень.