Regionale Klimamodelle verfügen über eine wesentlich höhere Auflösung als globale Klimamodelle: Während globale Klimamodelle ihre Berechnung mit einer Auflösung von 150 bis 500 km durchführen, haben regionale Klimamodelle bisweilen eine Auflösung von gerade einmal einem Kilometer.
Regionale Klimamodelle analysieren lediglich einen kleinen Bereich der Atmosphäre. Dazu sind aber zusätzliche Informationen durch globale Klimamodelle notwendig, zum Beispiel um auch exakte Berechnungen für die jeweiligen Randgebiete vornehmen zu können. Diese Einbettung des kleinen in ein großes Klimamodell nennt man „dynamic downscaling“.
Angewendet werden regionale Klimamodelle z. B. in den Alpen. Globale Klimamodelle sind so ungenau, dass sie die Alpen beispielsweise nur mit einer Höhe von ungefähr 1000 Metern darstellen. Insbesondere ihre Bedeutung für den regionalen Wasserhaushalt wird nur unzureichend berücksichtigt.
Die Ergebnisse der regionalen Klimamodelle fließen wiederum in die Berechnungen der globalen Klimamodelle ein. So werden die Berechnungen in Zukunft immer genauer. Bei der Übertragung der globalen Klimamodelle auf die regionalen treten zum Teil auch deswegen Fehler auf, weil den Berechnungen oft keine aktuellen Daten zur Verfügung stehen. Für genauere Daten setzt man mittlerweile Ballons und Flugzeuge ein, die mittels Sensoren Luftdruck, Windrichtung und auch die chemische Zusammensetzung der Luft messen.
Bekannte regionale Klimamodelle sind STAR, WETTREG und REMO. Bisher gibt es jedoch noch kein optimales Verfahren zur Erstellung von Klimaszenarien und Modellen. Forscher können beispielsweise statistische, statistisch dynamische Verfahren oder auch regional dynamische Verfahren zur Bestimmung aller nötigen Parameter einsetzen. Wichtig ist dabei in jedem Fall die Berücksichtigung des Faktors Mensch hinsichtlich seines Emissionsverhaltens und seiner Anzahl.