엘니뇨는 적도 태평양 중부와 동부의 해수면 온도가 평년보다 높아지고 대기 순환도 함께 달라지는 현상이다. 엘니뇨 남방진동의 따뜻한 단계이며 차가운 단계인 라니냐 및 중립 상태와 구분된다.
무역풍과 표층수
평년에는 적도 부근의 무역풍이 동쪽에서 서쪽으로 불어 따뜻한 표층수를 서태평양에 모은다. 엘니뇨 때는 이 바람이 약해지고 따뜻한 물이 동쪽으로 확장하며 동태평양의 차가운 심층수 용승도 약해진다.
구름과 강수
따뜻한 해수는 그 위 대기에 열과 수증기를 공급하며 상승 운동과 비구름 발달에 영향을 준다. 엘니뇨 때 적도 태평양의 강수대는 평년보다 동쪽으로 옮겨가며 서태평양은 상대적으로 건조해지는 경향을 보인다. 실제 변화의 위치와 강도는 사건마다 다르다.
해수면과 수온약층
서쪽에 쌓였던 따뜻한 물이 동쪽으로 확장하면 적도 태평양의 동서 해수면 높이 차이가 줄어든다. 동태평양의 수온약층은 깊어지고 서쪽은 얕아지는 방향으로 변하여 동서 기울기가 완만해진다. 해수면의 높이와 수온약층의 깊이는 서로 다른 양이므로 구분한다.
평년과 편차
편차는 관측값에서 같은 지역과 계절의 기준값을 뺀 값이다. 양의 편차는 기준보다 높음을, 음의 편차는 낮음을 나타낸다. 어느 지역에서 값이 평년보다 낮아졌다는 사실만으로 그 지역의 절대적인 온도가 다른 지역보다 낮다고 결론낼 수는 없다.