ECHAM berechnet in Zeitschritten von etwa 20 bis 40 min die Entwicklung globaler Wetterlagen (Temperaturen, Winde, Wolken) in einer Auflösung von etwa 300 bis 500 km, je nach Modellversion. Neben der solaren Einstrahlung werden klimarelevante Gase und Meeresoberflächen-Temperaturen vorgegeben. Dies bestimmt im Wesentlichen das simulierte Klima. Es werden somit nicht einzelne beobachtete Wetterlagen simuliert, doch gibt das Modell die typischen Charakteristika der atmosphärischen Zirkulation wieder, wie z.B mittlere Lagen der Islandtiefs, Azorenhochs, und der Tiefdruckbahnen.
Auf der Grundlage von ECHAM wurden auch komplexere gekoppelte Modellsysteme entwickelt, die auch andere Komponenten des Klimasystems erfassen: Ozean-Atmosphärenmodelle, Atmosphärenmodelle mit Einschluss des Schwefelkreislaufes, etc. Die Arbeit im Institut für Physik der Atmosphäre des DLR konzentrierte sich in den vergangenen Jahren vor allem auf die Entwicklung und Verfeinerung gekoppelter Klima-Chemie-Modelle: ECHAM4/CHEM berücksichtigt chemische Reaktionen in der Troposphäre und Stratosphäre. Es dient zur Simulation der Ozonschicht und seiner Entwicklung genauso wie zur Simulation von Ozon-Photosmog Situationen.
Im Gegensatz zu den so genannten Chemie-Transport-Modellen, die die Entwicklung der Atmosphärenchemie für beobachtete meteorologische Situationen nachrechnen, ist ECHAM4/CHEM geeignet auch die zukünftige Entwicklung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und deren Rückkopplung auf Temperatur und Zirkulation zu simulieren.