اقلیم شهر تهران متأثر از کوهستان در شمال (نسیم توچال) و دشت در جنوب است. غیر از شمال تهران که تحت تأثیر کوهستان اقلیم آن تا حدی معتدل و مرطوب است، اقلیم بقیه شهر کلاً گرم و خشک و در زمستان‌ها اندکی سرد است. مهم‌ترین منبع بارش در این شهر بادهای مرطوب مدیترانه‌ای و اطلسی هستند که از سمت غرب می‌وزند. رشته کوه البرز همجون سدی به نحو موثری از نفوذ بسیاری از توده‌های هوا جلوگیری می‌کند در نتیجه باعث شده‌است که هوای شهر از از یک سو خشک‌تر و از سوی دیگر از آرامش نسبی برخوردار باشد.

 

از نظر فصلی، هوای تهران در زمستان تحت تاثیر سیستم پرفشار شمالی (سیبری) قرار دارد. این تاثیر باعث شده‌است که در این فصل هوا در قسمت‌های مرکزی و جنوبی معتدل و در قسمت‌های شمالی شهر سرد باشد، به طوریکه در این قسمت‌ها دمای هوا در زمستان بارها به زیر صفر می‌رسد. همچنین در این فصل به دلیل پدیده وارونگی هوا میزان آلودگی جوی بالاست. در تابستان‌ها عامل مهم سامانه کم‌فشار حرارتی کویر مرکزی است که سبب می‌شود هوا گرم و خشک باشد

 

میزان بارندگی در سطح شهر تهران عمدتاً کم بوده و به مقدار ۲۴۵٫۸ میلی‌متر در طی سال اندازه‌گیری و تعداد روزهای یخبندان (با دمای زیر صفر) آن نیز ۳۶ روز در سال ثبت شده‌است (۱۳۷۶).در یک دوره ۴۵ ساله بیشترین دمای تهران ۴۳ درجه سلسیوس و کمترین دمای آن ۱۵- درجه سلسیوس گزارش شده‌است. میانگین رطوبت نسبی هوا در تهران ۴۰٪ و در شمیران ۴۶٪ بوده‌است. باد غالب تهران غربی (۲۷۰ درجه) و متوسط سرعت آن ۵٫۵ متر بر ثانیه‌است. شب‌ها نسیم خنکی از کوه به پایین می‌وزد (باد کوه) و روزها برعکس نسیمی از سمت دشت می‌وزد (باد دشت)

 

منبع اصلی آب شرب تهران رودهای کرج، جاجرود و لار است که توسط سه سدی که بر روی آن‌ها نصب شده تامین می‌شود. با افزایش مصرف آب، بخشی از آب شرب نیز از آب‌های زیرزمینی توسط چاه‌های عمیق به‌دست می‌آید. چندین رود فصلی هم در تهران وجود دارد که تاثیر چندانی در تامین آب شهر ندارند. گلابدره، حصارک، دربند و کن مهم‌ترین آن‌ها هستند.

 

رودخانه کرج پرآب‌ترین رود دامنه‌های جنوبی البرز است که از باران‌های فصل سرد و ذوب برف‌های مناطق کوهستانی نشأت می‌گیرد و در ۴۰ کیلومتری غرب تهران از کانون آبگیر خرسنگ کوه سرچشمه می‌گیرد. رودخانه جاجرود از کوه‌های کلون بسته که جزء بلندی‌های خرسنگ کوه است سرچشمه گرفته و این دو رود مجموعاً قسمت عمده آب مصرفی شهر تهران را تأمین می‌نمایند. تهران به رغم داشتن منابع آبی فراوان به دلیل رشد جمعیت و کمی بارندگی در برخی دوره‌ها با مشکل کمبود آب روبرو است.