Nos anos em que o El Niño ocorre, há um resfriamento das águas superficiais do Pacífico na costa peruana, o que altera também as zonas de alta e baixa pressão, provocando mudanças na direção dos ventos e das massas de ar.

Um dos principais efeitos do El Niño é o aumento da precipitação em áreas da parte oeste do Oceano Pacífico – mais próximas da Ásia e Oceania.

Nos anos em que o El Niño ocorre, a América do Sul sofre a ação de uma massa de ar quente e úmida periódica, que no Brasil desvia a umidade da Massa Equatorial Continental, a responsável pelas chuvas na Caatinga, em direção ao sul do país.

Existe outro fenômeno, que tem características opostas às do El Niño, chamado de La Niña. Quando esse segundo fenômeno ocorre, a velocidade dos ventos alísios diminui para cerca de 1 a 2 m/s. Sem a sustentação dos ventos, o nível das águas se eleva em direção à América do Sul, e as águas superficiais têm sua temperatura aumentada.

A consequência do La Niña no Brasil é a ocorrência de enchentes no Brasil meridional e de seca na região do clima semiárido nordestino no extremo norte do país, principalmente em Roraima. Outra consequência é o desvio da Massa Polar Atlântica para o Oceano Atlântico antes de atingir o Sudeste, o que atenua a queda normal de temperaturas no inverno.