Le patron des anomalies dans la circulation atmosphérique à bas et haut niveaux sont distincts lors d'une Oscillation de Madden-Julian. Ces caractéristiques couvrent le globe avec une variabilité interannuelle. Des années de forts épisodes de OMJ consécutifs sont suivies d'année sans OMJ ou avec de très faible épisodes. Cette variabilité semble partiellement reliée au cycle du ENSO (El Niño-Oscillation australe): dans l'Océan Pacifique, de forts OMJ précédent de 6 à 12 mois le maximum des épisodes de El Niño alors qu'une faible activité est reliée à La Niña. Sur le reste de la planète, la variabilité de l'OMJ est plus reliée par la dynamique interne de l'atmosphère.