Климат Тувы в наиболее общих чертах определяется географическим положением в центре Азиатского континента, находящегося на большом удалении от продуцирующих влагу районов, резким расчленением поверхности и окружением основной территории высокими горными хребтами, оказывающими большое влияние на циркуляцию атмосферы и распределение влаги (Ефимцев, 1957).
Наиболее ярко выраженная черта климата Тувы - резкая континентальность (холодная малоснежная зима, теплое лето, малое количество осадков и большая амплитуда абсолютных и суточных температур). Наибольшие амплитуды температуры, достигающие 100 - 120 °C, характерны для межгорных депрессий. Зимой ярко выраженная инверсия температур и стекание холодного тяжелого воздуха вниз по склонам делают эти местоположения наиболее холодными с абсолютными минимумами до минус 54 °C - 60 °C. Летом воздух в нижних слоях и поверхность земли прогреваются до таких же показателей, но с противоположным знаком.
Значительное распространение территории с запада на восток и с севера на юг влияет на изменение климата в пределах республики. С запада на восток увеличивается количество осадков, понижается температура воздуха.
По многолетним данным (1983 - 2005 годы) метеостанций (МС) республики среднегодовая температура воздуха изменяется в направлении на восток: в горах от -2,67 °C (МС Мугур-Аксы, 1850 метров над уровнем моря) до -3,53 °C (МС Сарыг-Сеп, 706 метров над уровнем моря); в котловинах от -2,05 °C (МС Чадан, 832 метров над уровнем моря) до -3,14 °C (МС Кызыл, 626 метров над уровнем моря).
В Турано-Уюкской котловине (МС Туран, 862 метра над уровнем моря) среднегодовая температура воздуха составила -2,3 °C, в Убсунурской - -3,22 °C.
Самые низкие температуры (по среднемесячным температурам воздуха) во все зимние месяцы наблюдались на МС Эрзин, где наиболее сильно влияние азиатского антициклона из-за восточного расположения станции. На самой высокогорной МС Мугур-Аксы, вследствие инверсионного роста температуры с высотой, во все зимние месяцы температура воздуха оказывается самой высокой.
За период длительных наблюдений (45 лет) отмечено безусловное повышение температуры, несмотря на разнонаправленность трендов в разные периоды времени. В Мугур-Аксы значительно теплее, чем в Эрзине, тренды теплых и холодных годов на обеих станциях совпадают, за исключением периода 1979 - 1983 годов, когда в Эрзине наблюдалось похолодание, а в Мугур-Аксы - потепление (Рекомендации по адаптации сельского хозяйства Республики Тыва к изменению климата, 2011).
В летний период Убсунурская котловина, огражденная с севера и запада горными хребтами Танну-Ола и открытая воздействию сухих ветров Центральной Азии с юга, обладает наиболее сухим и жарким пустынным климатом. Склоны северной экспозиции хребта Танну-Ола лучше сохраняют влагу, и эти условия благоприятны для развития лесной растительности.
Климатические условия Тоджинской котловины отличаются от других котловин Тувы в связи с ее высоким гипсометрическим положением (нижний уровень котловины - 850 - 900 метров). Вместе с тем, котловинная форма рельефа формирует условия для климатообразующих процессов, сходных с другими котловинами. Особенно отчетливо это проявляется в зимнее время. Минимальная температура в январе может достигать -54 °C. Средняя месячная температура января по многолетним данным МС Тоора-Хем, характеризующей низкогорные ландшафты котловины, равна -28,4 °C. Среднегодовая температура воздуха составляет до -5,5 °C, нередки летние заморозки, средняя продолжительность безморозного периода 52 дня (Ресурсы поверхностных вод СССР, 1973).
Распределение осадков по территории республики чрезвычайно неравномерное, и основной причиной является изолированность республики, окруженной со всех сторон горными хребтами. Большая часть осадков, приносимых северо-западными ветрами, преобладающими в течение года, задерживаются склонами Западного Саяна и меридиональными хребтами Восточного Алтая, которые образуют так называемую "ветровую тень" - пространство, в котором нет условий для образования осадков.
По данным МС Мугур-Аксы, находящейся в этой зоне, средняя высота снежного покрова в зимние месяцы в период с 2000 по 2010 годы была в пределах от 1 до 5 см, а среднее число дней со снежным покровом составило 136 дней (Рекомендации по адаптации сельского хозяйства Республики Тыва к изменению климата, 2011).
В Кызыле количество осадков за год составляет 200 - 210 мм, что на 100 мм меньше, чем в Минусинске. В Западном Саяне на Оленьей речке выпадает более 1000 мм осадков, что больше в 5 раз, чем на Чыргаланды (восточная Тува), находящейся на той же высоте (Рекомендации по адаптации сельского хозяйства Республики Тыва к изменению климата, 2011).
К востоку местность постепенно повышается. Летом влажные воздушные массы, оставившие большую часть своей влаги на западных склонах Саянских и Алтайских гор, пройдя над сухими и сильно нагретыми котловинами, вновь задерживаются горами восточной части Тувы, где охлаждаясь, образуют осадки, но уже в меньшем количестве.
На территории Хемчикской котловины выпадает в год около 205 мм осадков, в Улуг-Хемской - 243 мм, в Убсунурской - 186 мм. Распределение осадков по месяцам в отдельные годы может значительно отличаться от среднемноголетнего. Разность годовых сумм осадков в отдельные годы может варьировать от 50 до 150 мм. Максимум осадков (до 80%) выпадает в теплый период года.