生活在南美洲秘魯沿岸的漁民很早之前就已注意到，平均每隔數年的年末時節，原本海溫偏低的祕魯西部沿岸，海水溫度會突然升高，而氣候上理應溫涼乾燥的祕魯地區，氣溫也異常增暖，並出現持續性降雨。​

由於這樣的氣候異常大多發生在耶誕節前後，人們便將其與耶穌基督的誕生連結在一塊，並以西班牙文 El Niño – 小男孩，意指聖誕節降生的耶穌基督，來稱呼這種異常現象，而我們把它譯作「聖嬰」現象。

後來在19世紀末至20世紀初期間，靠著一些科學家陸續的研究發現，人們逐漸拼湊出聖嬰現象的模樣，了解到這種異常現象並非侷限在秘魯沿岸，而是綿延太平洋面數千公里，且同時與東西太平洋上的氣壓變化現象「南方振盪（Southern Oscillation）」在時間週期上有高度的相似性，說明聖嬰現象同時存在海洋與大氣之中。​​

因此科學家便借用秘魯漁民的說法，把這種每隔數年（2 – 7 年）發生在赤道東太平洋海水異常增溫、影響全球氣候的現象稱為「聖嬰與南方振盪現象（El Niño Southern Oscillation，ENSO）」。​

有趣的是，赤道東太平洋除了會異常變暖外，竟然也是會變冷的。而針對這個和聖嬰現象相對的氣候異常現象，科學家也取了個相對於「El Niño（西班牙文中的小男孩 👶）」的名詞 — 「La Niña（西班牙文中的小女孩 👧）」，通常習慣翻譯為「反聖嬰」現象。

雖說是「反」聖嬰，兩者並不是完全對稱相反…… 像是聖嬰年的海溫異常程度往往更強、或是反聖嬰現象的持續時間更長等等，都反映著兩者雖然「相對」，卻不是完全「相反」的現象。​​​

根據太平洋海溫與氣壓相較於常年氣候平均值的差異特徵，也就是所謂的距平值（註），ENSO可分為聖嬰、反聖嬰和中性三種狀態，聖嬰現象只是其中的一種狀態而已。​

從海洋和大氣特徵來看，聖嬰現象在熱帶「中－東」太平洋的海表面溫度較氣候平均值異常「偏暖」（正距平），而「西」太平洋海溫則較氣候平均值異常「偏冷」（負距平）。這樣的海溫距平配置造成「東」太平洋區域的「氣壓降低」、「西」太平洋區域的「氣壓增加」，進而影響整個熱帶太平洋的氣流變化。原先由「東向西」的信風（貿易風）減弱，甚至轉變成「西向東」吹，並在東太平洋區域輻合上升，西太平洋區域下沉。由於這樣的海溫、氣壓異常特徵，在聖嬰年時，經常出現東太平洋降雨量增加，西太平洋降雨減少，甚至是面臨乾旱等困境。​

但當熱帶「中－東」太平洋海表面溫度較氣候平均值「偏冷」、「西」太平洋海溫較氣候平均值異常「偏暖」，便是反聖嬰現象發威的時候了！​

海溫變化讓「東」太平洋區域的「氣壓增加」，「西」太平洋區域的「氣壓降低」。東太平洋區域出現更強的下沉氣流，西太平洋區域則形成更強的上升氣流，讓原先沿著赤道吹拂的「東向西」信風也變得更強。在反聖嬰年時，往往造成熱帶中、東太平洋更乾旱的氣候型態，而西太平洋的降雨量則會比常年更多。​

此外，也有不屬於聖嬰、也不為反聖嬰現象的「中性(或正常)」狀態，此時熱帶太平洋海表溫度通常接近氣候平均；或是海表面溫度雖有異常現象，但缺少相對應的大氣變化的狀態。​​

在討論ENSO現象如何改變全球氣候前，我們得先介紹影響全球氣候特徵的大氣環流：哈德里環流。​

赤道地區受熱上升的氣流，在抵達對流層的高度後分別向兩極移動，到南北緯 30 度左右沉降於地表形成副熱帶高壓，並以信風吹回赤道地區。這位於赤道－南北緯之間的大氣環流便被稱為「哈德里環流（Hadley Cell）」。

在聖嬰年時，熱帶中－東太平洋海溫異常增暖，海水蒸發提供大量水氣，洋面上的暖濕空氣經由對流成雲後降雨，使平時對流不活躍、雨量較少的東太平洋地區（如秘魯）出現豪大雨和水災的機會增加。​

​相對而言，高空大氣在海溫較低的熱帶西太平洋沉降，造成地表氣壓增加並抑制降雨，使原本對流較旺盛、多雨的熱帶西太平洋地區（如印尼、馬來西亞）雨量驟減、甚至出現乾旱。

​也由於熱帶中－東太平洋對流活動增加，空氣上升至高空凝結的過程，會釋放出更多潛熱，因此中高層大氣會比平常年更加溫暖，流向兩極的氣流也會變得更強，進而增加哈德里環流的強度，導致全球大氣環流模式有了改變，像是影響冬季北太平洋上空的西風噴流位置變化等，同時也可能間接造成全球出現異常的降雨分布。

​聖嬰現象影響全球範圍的大氣環流和地面氣候，在數千公里的距離上出現關聯性，被稱為「聖嬰遙相關（El Niño teleconnections）」。了解 ENSO 遙相關影響有助於各地對異常氣候的防災準備，右圖便是以歷史觀測資料所統計出來，聖嬰現象將帶來的降雨變化與發生季節，但由於每個 ENSO 都存在差異，典型的遙相關特徵也並非絕對，仍存在不確定性。

ONI指標的定義範圍如右上圖紅色虛線框所示，是以赤道中太平洋 Niño 3.4 區域，也就是 5°N～5°S、120°W～170°W範圍內的海溫距平值（實際觀測值－氣候平均值），取逐3個月的滑動平均計算而得。主要用來監測赤道中太平洋的海溫變化特徵，有助於我們掌握ENSO現象的發展狀態。​

臺灣中央氣象署參考美國氣候預報中心(Climate Prediction Center, CPC)的作業規範，當有1個(單季)ONI指標值達到0.5以上，且接下來的幾個ONI預測值也將持續大於或等於0.5時，我們預期「聖嬰」已有開始發生的跡象。反之，若 ONI 值達到 -0.5 以下且未來預期會持續小於或等於-0.5，則代表即將進入「反聖嬰」開始發展的階段。​

​若至少已連續有5個 ONI 指標值皆達到0.5 以上時，就會認定該段時期已達到「聖嬰」事件成立的標準，即視為是一聖嬰年。「反聖嬰」事件定義標準亦同，只是判定的門檻數值為 -0.5 以下。若 ONI 指標值在 -0.5～0.5 之間，或是沒有達到時間連續性的標準時，表示大氣與海洋為「中性（Normal）」狀態，不屬於聖嬰或反聖嬰現象任一方。

SOI 指標又稱為南方振盪指數，主要以南太平洋的大溪地(Tahiti)和澳洲的達爾文(Darwin)，兩地的海平面氣壓差值(經標準化處理)，作為監測赤道東、西太平洋氣壓變化或信風強度的依據。​​

當SOI數值為負，表示赤道太平洋東側(Tahiti)氣壓低於西側(Darwin)，信風會比正常年弱，大氣狀態符合聖嬰發展時期的特徵。相反地，當SOI數值為正，表示赤道太平洋東側(Tahiti)氣壓高於西側(Darwin)，信風會比正常年要增強，大氣特徵與反聖嬰發展時期相符。​​

根據澳洲氣象局的定義標準，若SOI數值持續＜-7，可視為有「聖嬰」現象發生；反之，若數值持續＞7，則視為有「反聖嬰」現象。不過，不同國家的氣象單位對於資料標準化處理方式略有不同，數值可能稍有差異。​