对不同的大气模式用电子计算机进行试验，以揭示各种大气运动发生、发展的物理成因和机制。例如用数值模拟的方法研究台风等天气系统的形成和大气环流的演变等。这种试验可以为提高天气预报准确率提供参考依据。它是在数值天气预报的基础上发展起来的，其所用的模式和方法，和数值天气预报中所用的模式相似。
但它和模型实验不同（见
大气运动模型实验），既不受几何相似和动力相似的限制，也不受实验技术和工艺水平的限制，凡能用流体力学和热力学方程组（见
大气动力方程）精确描述的大气现象，都可以通过数值试验进行模拟。这种试验，可以控制不同的物理过程和外边界条件，以了解它们对大气环流和
天气系统的影响；可以进行
气候变化和气候形成的研究；还可以探讨一些尚不太了解的现象，如平流层臭氧对环流的作用等（见
平流层和中层大气环流）。尽管它是20世纪50年代后才发展起来的，然而却已成为研究大气环流和天气演变过程的新途径和有效方法，它是使大气科学从定性的、描述性的学科发展成定量的试验性学科的重要标志。
进行这种数值试验时，必须
建立一个包括影响大气环流的重要物理因子如
辐射、凝结加热、地形、海-气或地-气热量交换和边界层的作用等在内的
流体力学和热力学方程组，简称大气环流模式。对于次网格物理过程，则用参数化方法处理。为了简便并了解大气环流演变的全过程起见，通常用假想的场或气候平均值作初始场，如设大气是静止的、等温的等等。为了避免人为边界条件的影响，计算范围大多是全球的，至少也是半球的，因而大都采用球面坐标。这种试验的积分时间一般比较长，对于计算的精度和稳定性的要求也比较高。
1956年，N.A.菲利普斯首次用两层准地转模式进行了
大气环流的数值试验。随后，这种方法便迅速发展起来,60年代以后,比较完善的试验如美国国家海洋大气局地球物理流体动力学实验室(GFDL)的大气环流模式，和美国国家大气研究中心(NCAR)的模式等，均已取得一定的成功。但是，这些模式和数值天气预报一样，仍有许多不太完善的地方，其中最主要的是参数化问题，而这对大气环流模拟的影响，又比对中期和短期数值天气预报的影响为大。另外，对低纬度大气动力学和边界层动力学的考虑,也需要进一步改善。大气环流数值试验,已不仅局限于平均状态的模拟，对环流的变化（季节变化和气候变化等）的模拟，也有相当的成效。
除了大气环流数值试验外，其他如：台风、强风暴（见
雷暴）和
龙卷等的发生和发展，地形对温压场和流场的作用，气压场和风场的调整（见
大气地转适应）等的数值试验，也取得了一定的效果。所用的试验方法和在大气环流中所用的相似，但由于运动尺度、所在纬度和下垫面等条件不同，其所考虑的物理因子也各不相同。例如，对于强风暴和龙卷，不能引用静力方程；对于台风，须着重考虑积云对流引起的凝结潜热的释放等。已有的这些数值试验表明，可以模拟出成熟的台风的三维结构，如台风眼、螺旋形雨带、流出层的不对称性和负绝对涡度区等；用模拟青藏高原的模型，还可以计算出西风
急流在迎风面分支、背风面汇合、且北支急流较强等现象（见
青藏高原气象学）；对于小尺度系统，如小地形产生的背风波等，也得到了和实况近似的结果。