Numerický předpovědní model je složitý počítačový program, který využívá upravené fyzikální rovnice pro výpočet přenosu energie a vzduchových hmot v atmosféře. Takzvané globální předpovědní modely simulují chování atmosféry na celé Zemi. Avšak k tomu, aby byly schopny vypočítat předpověď v dostatečně krátkém čase několika hodin tak, aby byla v praxi použitelná, musí být použity jedny z nejvýkonnějších počítačů na světě.  Ani to však nepostačuje. Proto musí být model atmosféry zjednodušen do pravidelné (gridové) sítě o rozměrech jednoho výpočetního políčka cca 20 x 20 až 50 x 50 km. Použité fyzikální rovnice rovněž musí být zjednodušeny. Výpočetní modely pracují s několika výškovými hladinami nad sebou, aby postihly děje a procesy v různé výšce nad povrchem

Tyto modely většinou poskytují předpověď na 10 až 20 dní dopředu v několika desítkách možných variant (takzvaný ansámbl), které udávají rozptyl možného budoucího vývoje. Globální modely jsou počítány ve velkých meteorologických službách – nejznámější jsou americký model GFS a model ECMWF Evropského centra ve Velké Británii.