Per estremo climatico si intende una condizione anomala che si verifica molto raramente. In genere è costituita dal una grande deviazione dalla condizione media, che, in quanto tale, ha effetti negativi (se non disastrosi) su ecosistemi, territorio e attività umane.

L’analisi del clima e della sua evoluzione futura comprende quello degli estremi, di cui è importate descrivere la variabilità in termini di intensità e tipologia. L'analisi degli estremi climatici è difficoltosa a causa della loro bassa frequenza e dalla difficoltà a riprodurli in modelli climatici. In genere per la valutazione degli estremi sono richiesti modelli in grado di operare ad alta risoluzione spazio-temporale e riprodurre i processi non-lineari e la sovrapposizione di vari fattori che li determinano. La statistica degli estremi è una specifica branca della statistica, che si avvale di una consolidata teoria matematica che ne descrive la probabilità. Tuttavia, la difficoltà di applicare in casi pratici tale approccio ha prodotto molti studi in cui si evita di considerare estremi in senso stretto, ma ci si limita ad eventi anomali, ma ancora sufficientemente frequenti da poter essere descritti con sufficiente affidabilità da modelli e rilevati da osservazioni.

Esempi di estremi climatici sono le ondate di calore, le precipitazioni intense, i periodi secchi. In particolare, l’attività di ricerca si è recentemente concentrata su estremi delle onde marine e del livello del mare.