در نواحی مختلف استان تهران به علت موقعيت ويژه جغرافيايی، آب و هوای متفاوتی شكل گرفته است. سه عامل جغرافيايی درشكل گيری آب و هوای اين منطقه نقش اساسی و تعيين كننده دارند. عامل اول كوير يا دشت كويری است كه در جنوب استان تهران قرار گرفته و عاملی منفی به حساب می آيد زيرا باعث گرما و خشكی هوا می شود و به همراه خود گرد و غبار می آورد. عامل دوم رشته كوه های البرز است كه در شمال تهران واقع شده و باعث تعديل آب و هوا می شود و از اين ديدگاه نقشی مثبت ايفا می كند. عامل سوم بادهای مرطوب و باران زای باختری هستند كه نقش محسوس و موثری در آب و هوای استان دارند، اما نمی توانند به طور كامل نقش كوير را خنثی كند. استان تهران را از نظر آب و هوايی می توان به سه بخش اقليمی تقسيم كرد. اقليم ارتفاعات شمالی، اقيلم كوه پايه ها و اقليم نيمه خشک و خشک. اقليم ارتفاعات شمالی که در دامنه های جنوبی البرز مركزی، در ارتفاعی بالای 3000 متر قرار گرفته و آب و هوای مرطوب، نيمه مرطوب و سردسير با زمستان هايی بسيار سرد و طولانی دارد. بارزترين نقاط اين اقليم، دماوند و توچال است. اقليم کوهپايه ها در ارتفاع دو سه هزار متری از سطح دريا قرار گرفته است و آب و هوايی نيمه مرطوب و سردسير با زمستان هايی به نسبت طولانی دارد. آبعلی، فيروز كوه، دماوند، گلندوک، سد امير كبير و دره طالقان در اين اقليم قرار دارند. دمای متوسط سالانه در مناطق كوه پايه ای استان بين 10 تا 15 درجه سانتی گراد و در دشت های مجاور آن بين 15 تا 20 درجه سانتی گراد است. اقليم نيمه خشک و خشک، زمستان های كوتاه و تابستان های گرم دارد و در ارتفاعات كم تر از 2000 متر واقع شده است. در اين اقليم هر چه ارتفاع كاهش می يابد، خشكی محيط بيش تر می شود. ورامين، شهريار و جنوب شهرستان كرج در اين اقليم قرار گرفته اند. به اين ترتيب، تابستان ها در تهران به ويژه در جنوب و مركز شهر، گرم و در شمال شهر معتدل است. در زمستان نيز مركز شهر تهران معتدل است، ولی بخش های شمالی شهر سرد است و دما بارها به زير صفر می رسند. وضعيت اقليمی شهرستان های فيروزكوه و دماوند در زمستان بسيار سرد و در تابستان ها خنک است. شهرستان های ورامين و ری نيز زمستان های به نسبت سرد و تابستان های گرمی دارند.
جهت باد در بيش تر ماه های سال در استان تهران؛ باختری است و تنها در دو ماه از سال، باد از جنوب خاوری و در دو ماه ديگر از شمال می وزد. به اين ترتيب در بيش تر ماه های سال بادها باختری بوده و با نوسان زيادی همراه هستند. جهت عمومی اين جريان ها، تقريبا با جهت كلی كوه های البرز موازی است، به اين ترتيب تاثير اين كوه ها بيش تر به صورت كاهش متوسط باد در كوه پايه های جنوبی است. در مجموع هوای شهر تهران نسبت به نقاط مجاور خود، آرامش و سكون بيش تری داشته و بادهای چندانی ندارد. آب و هوای مناطق كوهستانی تهران از نوع معتدل و دشت های آن، نيمه بيابانی است البته با ويژگی هايی كه بيش تر از موقعيت جغرافيايی تهران - كه بين دو ناحيه متفاوت قرار گرفته است - ناشی می شود. تهران در مرز شرايط جوی بری و اقيانوسی قرار گرفته، اما تمايل آن به موقعيت بری بيش تر از وضعيت اقيانوسی است. طول روزها در تابستان كه ارتفاع آفتاب 74 درجه و 48 دقيقه است به طور متوسط 14 ساعت و 26 دقيقه است و در زمستان که ارتفاع آفتاب 30 درجه و 52 دقيقه است به 9 ساعت و 34 دقيقه كاهش می يابد.
نوسان بارندگی در استان تهران از سالی به سال ديگر بالا رفته و مقدار بارش در سال های گوناگون متفاوت است. در ضمن ميزان بارندگی سالانه در اين استان، از جنوب به شمال بيش تر می شود. بين 40 تا 50 درصد كل بارش استان تهران در فصل زمستان صورت می گيرد و بيش ترين فشار هوا در اواخر پاييز و اوايل زمستان ديده می شود. اين نکته بيان گر اين مساله است که در اين ماه ها توده های سرد هوا غلبه می کنند. در فصل زمستان به علت عقب نشينی جبهه سرد به سوی شمال كشور، توده های هوای خشک، اين ناحيه را تحت نفوذ قرار می دهند، به همين سبب هوا حالتی كم فشار پيدا می كند.