Метеорологическая ситуация над Каспийским морем и территориями вокруг него и климат формируются под влиянием атмосферной циркуляции над Евроазиатским материком, рельефом береговой зоны моря и поверхности воды. Во многих случаях над Каспием формируются свободные морские потоки воздуха. Зимой в основном холодная арктическая погода с севера поступает на Каспий. В это время одновременно с горной территории Ирана воздушные потоки поступают на море, и столкновение этих двух воздушных потоков высокого давления в середине моря создает циклонический воздушный период. Кроме этого, на Каспий также влияют циклоны Черного и Средиземного морей. Весной сибирский антициклон и циклон Средиземного моря, находят возможность продвинуться в восточном и северо-восточном направлениях, в результате синоптические процессы и воздушные потоки часто меняются. Летом температурные контрасты сглаживаются, ослабевают процессы циркуляции в нижних и верхних слоях атмосферы. В этот период на синоптические процессы над Каспием в основном влияет Азорский максимум. К середине осени влияние Азорского максимума начинает слабеть, с востока поступают континентальные воздушные потоки, усиливается западное вмешательство в атмосферу.
Учитывая, что Каспий находится на сравнительно нижней широте, на его поверхность интенсивно падают солнечные лучи, здесь радиационный баланс положительный и его оценка 60 ккал/см2.
Климат средней и южной части Каспия умеренный и субтропический, в северной части — континентальный.
Температура воздуха
По причине того, что сам Каспий (1300 км) и его водозаборный бассейн (3000 км) значительно протягиваются вдоль меридиана и располагаются в глубине континента, в его климате присутствуют особенности резкой континентальности. Если в зимний период на севере Каспия среднемесячная температура воздуха -8 … - 100 С, то в южной части температура положительная: +8…+100 С . В летний период температура воздуха с севера на юг сравнительно выравнивается (на севере — 24-250 С, на юге — 26-270 С).
Ветры
Ветры — самый характерный для Каспия и его окрестностей гидрометеорологический фактор. В основном наблюдаются ураганные ветры северного направления, со скоростью 35-40 км/сек. Вторыми по частоте повтора являются ветры восточного направления. На Каспии больше всех наблюдаются ветры на Абшеронском полуострове и территориях Махачкала-Дербент. Средние и сильные ветры обычно наблюдаются в осенние и зимние месяцы. Абшерону характерны северные ветры, больше известные как "хазри".
Осадки
Атмосферные осадки неравномерно распределяются на акватории Каспия. Ежегодно в среднем на поверхность моря падает 100 мм осадков. В распределении осадков решающую роль играет рельеф береговой зоны. На севере годовое количество осадков составляет около 300, западе — от 300-400 до 600, юго-западе Каспия — 1600, востоке — до 900 мм. На Абшеронском полуострове годовое количество осадков около 200 мм.
Температура воды
Среднегодовая температура вод Каспия зимой в северной и южной частях приблизительно равна 0° и 10° С. Летом разница между этими показателями уменьшается и доходит до 25° и 26° С. Годовая температура Среднего Каспия составляет 11-14° С, зимняя и летняя температура соответственно 6-7° С и 23-24° С. На больших глубинах температура +5-+6° С и можно сказать, не подвергается изменениям. На восточном шельфе Среднего Каспия, шельфе района города Бекдаш в летние месяцы наблюдается аномалия постоянной холодной погоды.
Соленость
Соленость Каспийского моря на севере, в бассейне реки Волга равна 0,3%, поэтому Северный Каспий воспринимается как типичный пресноводный морской бассейн.
Однако к югу соленость начинает резко возрастать и всего на расстоянии 100 км она составляет 10%. Среднегодовая оценка солености моря в западной части равна12,5%, в восточной части — 13%. В некоторых случаях на юго-востоке соленость достигает 13,5%, на заливе Кара-Богаз-Гол- свыше 300%. Соленость моря меняется в зависимости от сезона. Так, зимой соленость Каспия повышается, летом сравнительно падает. Причина тому — замерзание зимой Волги, опресняющей Каспий, и уменьшение ее вод.
Потоки
Воды Каспия находятся в постоянном динамичном обмене. Если взять в целом, движение вод напоминает циклон, действующий против часовой стрелки. На Северном Каспии потоки в основном создает Волга и они южного направления. Главной причиной возникновения потоков на море является ветер, т.е. здесь потоки носят характер дрейфа. Разница температур между северной и южной частями создает различие плотностей. А они в свою очередь способствует появлению градиентных потоков. Градиентные потоки проявляются обычно зимой. Причина в повышении разницы температур в этом сезоне между северной и южной частями. Характерная оценка скорости потоков на Каспии 15-20 см/сек. Эта оценка на отрезке между островом Жилой и Нефтяными Камнями доходит до 100см/сек.
Волны
Каспийское море находится в постоянной динамической деятельности. В течение года на Каспии 250 дней дуют средние и сильные ветры, образующие поверхностные волны различной длины и высоты. За период с ноября по март наблюдать 6-бальные волны — обычное дело. Самые сильные волны высотой 8-10 метров и длиной 100-150 метров наблюдаются на Среднем Каспии, Абшеронском полуострове и около Махачкалы. Сравнительно спокойным считается период с мая до августа.
Оледенение
Зимой воды Каспийского моря замерзают. В условиях обычного климата море начинает замерзать с середины ноября. Граница замерзания проходит по линии, объединяющей Чеченский остров и полуостров Мангышлак. Раскол и таяние льдов приходится на вторую половину февраля. В годы холодной зимы наблюдалось замерзание берегов Абшерона. За последние 70 лет 6-7 раз на Абшеронском полуострове наблюдалось замерзание и дрейф льдов.
Изменение уровня
Самой характерной особенностью, отличающей Каспий от других крупных водоемов, является изменение его уровня в широком диапазоне. Согласно палеогеографическим, археологическим и историческим данным, за последние 3 тысячи лет амплитуда изменений уровня Каспия составила около 15 м. Основу наблюдений за изменением уровня Каспия на Бакинском берегу заложил в 1837 г. академик Дж. Лентц. За период наблюдений самый высокий уровень (-25,2 м) зарегистрирован в 1882 г., минимальный (-29,0 м) — в 1977 г. Как видно, за это время общий спад уровня составил 3,8 м. Надо отметить, что на фоне этого общего спада наблюдались и поднятия. В 1978-1995 гг. уровень поднялся на 2,5 метра и получил оценку, равную — 26,5 м.
Причины изменения уровня моря исследователи объясняют по-разному: одни связывают это явление с климатическими факторами, а другие — с геологическими. Вместе с тем, необходимо отметить, что большинство ученых-геологов склоняются к мысли о климатическом факторе — т. е. по их мнению основная причина изменений уровня — климатический фактор. Безусловно, надо учитывать геологические и антропологические факторы. Климатические факторы оказывает свое влияние на поступающую (воды впадающих в море рек и осадки на поверхности) и выходящую (испарение с поверхности) части водного баланса Каспия. В результате нарушения меняется уровень — т.е. речные воды и количество осадков, не испаряясь с поверхности, в большом количестве поднимаются на уровень, или же напротив, уменьшаются.
Учитывая, что изменение уровня в основном зависит от климатических процессов и пока невозможно прогнозировать климат, невозможно дать длительный прогноз изменений уровня. Все прогнозы носят только вероятностный характер.