全大气层通用气候模式采用的是有限体积动力框架（能较好保证大气成分以及能量的守恒），垂直方向有66层（67面），向上延伸至5.1×10^-6百帕，可至热层的底层（约140～150千米）。全大气层通用气候模式目前支持两种标准的水平分辨率：①4°（纬度）×5°（经度），低分辨率，对应72个经向格点和46个纬向格点；②1.9°（纬度）×2.5°（经度），中等分辨率，对应144个经向格点和96个纬向格点。

全大气层通用气候模式使用了通用大气模式中的所有物理参数化方案，但对其中的重力波拖曳参数化方案和垂直耗散进行了修改。全大气层通用气候模式的主要物理参数化过程包括：①分子扩散和成分分离；②重力波拖曳；③辐射方案。最新版的WACCM4完善了重力波参数化方案，引进了由锋面系统、对流以及无法分辨的地形有关的地面拖曳，又称为山脉湍流拖曳力，已经有效地改善了对北半球冬季平流层爆发性增温事件发生频率的模拟。另外还加入了能够代表平流层准两年振荡（QBO）的强迫信号，具体做法是将赤道86百帕到4百帕的纬向风向观测恢复。

同时，WACCM还包含详细的中层大气无电荷化学物质模型，包含多类中性化学物质，如氧的同位素异形体（Ox）、氢氧化物（HOx）、卤氧化物（ClQx）和溴氧化物（BrOx）以及甲烷（CH₄）和其降化产物。化学模块中共囊括了52种中性（无电荷）化学种类，一种不变化学种类（N₂），127个中性气相反应，48个中性光解反应，和有关3种气溶胶的17个异（多）相反应。除中性的化学过程外，全大气层通用气候模式还包含了平流层气溶胶化学过程及中性（不带电）和离子（带电）化学模型，甚至考虑了上层电离层的作用。同时考虑了极光过程，即包含极紫外（EUV）波段的短波加热参数化方案，以及在非局地热动力平衡（non-LET）条件下的红外传输；火山气溶胶在平流层中的热力作用也都引入到了全大气层通用气候模式中。

目前已有版本：WACCM1，WACCM1b，WACCM2，WACCM3，WACCM4。WACCM已经广泛被用于研究一系列的科学问题，如温室气体增加的长期效应研究，平流层臭氧洞的产生和恢复研究，平流层对于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）及热带海平面温度（SST）强迫的响应的研究，以及地球工程的可能影响。