Er zijn diverse variabelen die kenmerkend zijn voor de situatie van de oceaan rond de evenaar en de atmosfeer: de hoogte van het zeeniveau (sea level height, SLH), de temperatuur van het zeeniveau (sea surface temperature, SST), de druk van het zeeniveau, de oppervlaktewinden en de temperatuur onder het zeeoppervlak. El Niño verandert het verwachte gedrag van deze variabelen.
Het fenomeen El Niño heeft een goed gedefinieerd ruimtelijk patroon en een min of meer continue tijdschaal. De bovengenoemde variabelen (SLH, SST, wind enzovoort) worden geanalyseerd door het meten van de ‘anomalie’, die wordt berekend door een standaardgemiddelde af te trekken van de desbetreffende meting. Wat is een anomalie? Een anomalie is een ongewoon gedrag van een proces. Om bijvoorbeeld de anomalie van de temperatuur van het zeeoppervlak te berekenen voor de maand december 1997, moeten we de gemiddelde temperatuur van alle decembermaanden van een referentieperiode (bv. de afgelopen twintig jaar) aftrekken van de waarde voor die maand (d.w.z. december 1997). Het resultaat wordt uitgedrukt in positieve of negatieve waarden, waarbij nul de 'normale’ waarde is. Als het resultaat positief is, is de variabele hoger dan normaal. Als het resultaat negatief is, is de variabele lager dan normaal.
Er zijn enkele indexen die vaak worden gebruikt om een El Niño-verschijnsel te herkennen en te bepalen hoe sterk deze is. De meest gebruikelijke daarvan is de gemiddelde afwijking van de temperatuur van het zeeoppervlak in bepaalde gebieden. Een van die gebieden is de zogenaamde Niño 4-regio, tussen 160°O-150°W en 5°Z- 5°N. Een ander gebied is de Niño 3.4-regio, tussen 5°Z-5°N en 120°W-170°W.
Er is nog een andere index die vaak wordt gebruikt om het El Niño-fenomeen vast te stellen, namelijk de Southern Oscillation Index (SOI). De SOI is het genormaliseerde verschil tussen de anomale luchtdrukwaarden van Tahiti (18°Z, 150°W) en die van Darwin (12°Z, 131°O).
Een van de conclusies uit de analyse van deze gegevens is bijvoorbeeld dat perioden met een hoge Niño 3-index een lage SOI hebben en andersom.
