Xəzər dənizi və onun ətraf əraziləri üzərində meteoroloji şərait və iqlim Avroasiya materiki üzərindəki atmosfer dövranlarının, dənizin sahil zonasının relyefi və su səthinin təsiri ilə formalaşır. Bir çox hallarda Xəzər üzərində sərbəst dəniz hava kütlələri formalaşır. Qışda əsasən soyuq Arktika havası şimaldan dəniz üzərinə daxil olur. Bu müddətdə, eyni zamanda İranın dağlıq ərazisindən də hava kütlələri dəniz üzərinə daxil olur və yüksək təzyiqə malik bu iki hava hərəkətinin toqquşması dənizin orta hissəsində siklonik hava dövranı yaradır. Bundan əlavə Qara və Aralıq dənizi siklonları da Xəzərə nüfuz edir. Yaz mövsümündə Sibir antisiklonu və Aralıq dənizi siklonu şərq və şimal-şərqə doğru irəliləməyə imkan tapır, nəticədə sinoptik proseslər və hava kütlələri tez-tez dəyişir. Yayda temperatur kontrastları hamarlaşır, atmosferin aşağı və yuxarı qatlarında dövran prosesləri zəifləyir. Bu mövsümdə Xəzər üzərindəki sinoptik proseslərə əsasən Azor maksimumu təsir edir. Payızın ortalarına doğru Azor maksimumunun təsiri azalmağa başlayır və şərqdən kontinental hava kütlələri daxil olur, atmosferdə qərb daşınması güclənir.
Xəzər nisbətən aşağı en dairəsində yerləşdiyindən onun səthinə intensiv günəş şüaları düşür, burada radiasiya balansı müsbətdir və onun qiyməti 60 kkal/sm2.
Xəzərin orta və cənub hissələrinin iqlimi mülayim və subtropik, şimal hissəsininki isə kontinentaldır.
Havanın temperaturu
Xəzər dənizinin özü (1300 km) və suyığma hövzəsi (3000 km) meridian boyunca xeyli uzandığından və kontinentin dərinliyində yerləşdiyindən onun iqlimində kəskin kontinentallıq xüsusiyyətləri vardır. Qış dövründə Xəzərin şimalında havanın orta aylıq temperaturu -8…-10° olduğu halda cənub hissədə temperatur müsbətdir: +8°…+10°C. Yay vaxtlarında havanın temperaturu şimaldan cənuba doğru nisbətən bərabərləşir (şimalda 24-25°, çənubda 26-27°C).
Küləklər
Xəzər və onun ətrafı üçün ən səciyyəvi hidrometeoroloji amil küləklərdir. Əsasən şimal istiqamətli küləklər müşahidə olunur, onlar bəzən qasırğa dərəcəli olur və sürətləri 35-40 km/san-yə çatır. Təkrarlanma tezliyinə görə müşahidə olunan ikinci küləklər şərq istiqamətlidirlər. Dənizin ən çox külək müşahidə olunan rayonları Abşeron yarımadası və Mahaçqala-Dərbənd əraziləridir. Orta və güclü küləklər əsasən payız və qış aylarında müşahidə olunur. Abşeronda Xəzri adı ilə yayılmış şimal istiqamətli küləklər səciyyəvidir.
Yağıntılar
Atmosfer yağıntıları Xəzərin akvatoriyasında bərabər paylanmır. İldə orta hesabla dəniz səthinə 100 mm yağıntı düşür. Yağıntının paylanmasında sahil zonasının relyefi həlledici rol oynayır. Şimalda yağıntının illik miqdarı 300, qərbdə 300-400-dən 600 qədər, cənub-qərb Xəzərdə 1600, şərq hissəsində isə 90 mm-ə qədərdir. Abşeron yarımadası rayonunda yağıntının illik miqdarı 200 mm-ə yaxındır.
Suyun temperaturu
Qışda Xəzər suları temperaturunun orta illik qiyməti şimal və cənub hissələrdə müvafiq olaraq 0° və 10°-yə yaxındır. Yayda bu kəmiyyətlər arasındakı fərq azalır, 25° və 26°C-yə çatır. Orta Xəzərin orta illik temperaturu 14-15, qış və yay temperaturları isə müvafiq olaraq 6-7 və 23-240C tərtibindədir. Böyük dərinliklərdə suyun temperaturu müsbət 5-6°C-dir və, demək olar ki, dəyişməyə məruz qalmır. Orta Xəzərin şərq şelfində, Bekdaş şəhəri rayonu şelfində, yay aylarında daimi mənfi temperatur anomaliyası müşahidə olunur.
Duzluq
Xəzər dənizinin duzluğu şimalda, Volqa çayı hövzəsində, 0,3%-dir, ona görə də Şimali Xəzər tipik şirinsulu dəniz hövzəsi kimi qəbul olunur. Ancaq, cənuba doğru duzluq sürətlə artmağa başlayır və cəmi 100 km məsafədə onun qiyməti 10%-ə çatır. Dənizin
qərb hissəsində duzluğun illik orta qiyməti 12.5, şərq hissəsində isə 13.0%-dir. Bəzi hallarda cənub-şərqdə duzluq 13,5%-ə çatır, Qara-Boğaz-Qol körfəzində isə 300%-dən çoxdur. Dənizin duzluğu da mövsümdən asılı olaraq dəyişir. Belə ki, qışda Xəzərin duzluğu artır, yayda isə nisbətən azalır. Buna səbəb qışda Xəzər sularını duruldan Volqa çayının qışda donması və sularının azalmasıdır.
Axınlar
Xəzər suları daimi dinamik dövran edirlər. Ümumilikdə götürdükdə suların hərəkəti saat əqrəbinin əksi istiqamətində hərəkət edən siklonu xatırladır. Bununla birlikdə bəzi ünsürləri xüsusi qeyd etmək lazımdır. Şimali Xəzərdə axınları əsasən Volqa çayı yaradır və onlar əsasən cənub istiqamətlidir. Ümumiyyətlə götürdükdə Xəzər dənizində axınların yaranmasının əsas səbəbi küləkdir, yəni burada axınlar dreyf xarakterlidir. Dənizin şimal və cənub hissələri arasındakı temperaturlar fərqi sıxlıqlar fərqi yaradır. Axırıncı fərq qradient axınlarının yaranmasına səbəb olur. Qradient axınları əsasən qışda barizləşir. Səbəb bu mövsümdə şimal və cənub hissələri arasında temperaturlar fərqinin artmasıdır. Orta və Cənubi Xəzərdə səth axınları siklonik burulğanlar yaradır. Xəzərdə axınların sürətinin səciyyəvi qiyməti 15-20 sm/san-dir, ancaq bu qiymət Çilov adası ilə Neft Daşları arasındakı hissədə 100 sm/san-yə çatır.
Dalğalar
Xəzər daimi dinamik fəaliyyətdə olan dənizdir. İl ərzində Xəzərdə 250 gün orta və güclü küləklər əsir və bu da böyük uzunluq və hündürlüklü səth dalğaları yaradır. Noyabrdan mart ayına qədər müddətdə 6 bal gücündə dalğaların müşahidə olunması adi haldır. Hündürlüyü 8-10, uzunluğu isə 100-150 m-ə çatan ən güclü dalğalar Orta Xəzərdə, Abşeron yarımadası və Mahaçqala şəhəri rayonlarında müşahidə olunur. Nisbətən sakit müddət maydan avqusta qədər olan dövrdür.
Buzlaşma
Qış mövsümündə Şimali Xəzərin suları donur. Adi iqlim şəraitində dəniz noyabr ayının ortalarından donmağa başlayır. Donma sərhəddi Çeçen adası ilə Manqışlak yarımadasını birləşdirən xətdən keçir. Buzların dağılması və əriməsi fevral ayının ikinci yarısına təsadüf edir. Qışı sərt olan illərdə Abşeron sahillərinin də donması müşahidə olunmuşdur. Son 70 ildə 6 dəfə Abşeron yarımadası rayonunda donma və buzların dreyfi müşahidə olunmuşdur.
Səviyyənin dəyişməsi
Xəzər dənizini digər iri həcmli su tutarlarından fərqləndirən ən səciyyəvi xüsusiyyət onun səviyyəsinin geniş diapazonda daimi dəyişməsidir. Paleocoğrafi, arxeoloji və tarixi məlumatlara görə son 3 min ildə Xəzərin səviyyəsinin dəyişmə amplitudası 15 m-ə yaxın olmuşdur. Xəzər dənizi səviyyəsinin dəyişməsi üzərində müşahidələrin əsası 1837-ci ildə Bakı sahilində akademik C.Lents tərəfindən qoyulmuşdur. Müşahidələr dövründə qeydə alınmış ən yüksək səviyyə (-25,2 m) 1882, ən aşağı (-29,0 m) isə 1977-ci ildə qeydə alınmışıdr. Göründüyü kimi bu müddətdə səviyyənin ümumi enimi 3,8 m olmuşdur. Qeyd etmək lazımdır ki, bu ümumi enmə fonunda qalxmalar da müşahidə olunmuşdur. 1978-1995-ci illərdə isə 2,5 m qalxmış -26,5 m-ə bərabər qiymət almışdır.
Səviyyənin dəyişməsinin səbəbini izah etməkdə tədqiqatçılar arasında fikir ayrılığı vardır: iqlim və geoloji amillərə üstünlük verənlər. Bununla birlikdə xüsusi qeyd etmək lazımdır ki, geoloq alimlərin əksəriyyəti də iqlim amilinə üstünlük verirlər. Yəni, səviyyə dəyişimlərinin əsas səbəbi iqlim amilidir. Şübhəsiz geoloji və antropogen amilləri də nəzərə almaq lazımdır. İqlim amili öz təsirini Xəzərin su balansının gəlir (dənizə axan çayların suları və səthə düşən yağıntılar) və çıxar (səthdən buxarlanma) hissələrində göstərir. Balansın pozulması səviyyənin dəyişməsi ilə nəticələnir, yəni çay suları və yağıntının miqdarı səthdən buxarlanmadan çox olsa səviyyə qalxır və əksinə azalır.
Səviyyənin dəyişməsi əsasən iqlim proseslərindən asılı olduğundan və iqlimin proqnozunun verilməsinin hələlik mümkün olmadığından, səviyyə dəyişimlərinin uzunmüddətli proqnozunu vermək mümmkün deyil. Bu haqda verilmiş proqnozların hamısı ancaq ehtimal xarakteri daşıyır.