Nằm trong vùng Đông Nam Á, Việt Nam nói chung và Hà Tĩnh nói riêng chịu sự tác động của hoàn lưu khu vực gió mùa Đông Nam Á. Dưới sự tác động của các chế độ gió mùa, nước ta có hai miền khí hậu: khí hậu miền Bắc và khí hậu miền Nam. Khí hậu miền Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình. Trong khi đó khí hậu miền Bắc về cơ bản là nhiệt đới gió mùa, nhưng có mùa đông lạnh.  Hà Tĩnh là tỉnh nằm ở khu vực Bắc Trung Bộ, với các đặc điểm chính của khí hậu miền Bắc, đó là sự tương phản rõ rệt giữa mùa gió với sự luân phiên của các trung tâm tác động trong hoàn lưu gió mùa Đông Nam Á, các trung tâm này thay thế nhau và có khi kết hợp với nhau tạo ra hệ quả thời tiết rất phức tạp. Khí hậu Hà Tĩnh về mùa đông bị chi phối bởi không khí lạnh cực đới biến tính và không khí nhiệt đới biển Thái Bình Dương; về mùa hè bị chi phối bởi không khí nhiệt đới vịnh Bengan, không khí xích đạo và không khí nhiệt đới biển Thái Bình Dương.

Bức xạ mặt trời và nắng

Thuộc vành đa nhiệt đới Bắc bán cầu, Hà Tĩnh được thừa hưởng một chế độ bức xạ dồi dào do độ cao mặt trời và độ dài ban ngày quyết định. Nằm trong giới hạn từ vĩ độ 17°54'B đến 18°37'B nên hàng năm Hà Tĩnh có hai lần mặt trời đi qua thiên đỉnh, độ cao mặt trời lớn và ít thay đổi.  Lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm phổ biến 95 - 120kcal/cm2, về cán cân bức xạ trung bình năm phổ biến 65 - 80kcal/cm2. Phổ biến mỗi năm ở phía Đông tỉnh có 1600 - 1680 giờ nắng, phía Tây có trên dưới 1400 giờ. Nắng ở Hà Tĩnh mặc dù không dồi dào bằng các tỉnh phía Nam khu vực, nhưng biến động không nhiều giữa các năm.  Từ tháng 4, số giờ nắng bắt đầu tăng nhanh và đạt giá trị cao nhất vào tháng 7, sau đó giảm dần. Nắng nhiều nhất vào các tháng đầu và giữa mùa hè (tháng 5 - 7), mỗi tháng có trên 200 giờ ở phía Đông và khoảng 180 - 190 giờ ở phía Tây. Nắng ít vào các tháng chính đông, chỉ khoảng 50 - 70 giờ mỗi tháng (trung bình mỗi ngày 2 - 3 giờ nắng), trong đó, tháng 2 là ít nhất.

Chế độ nhiệt

Nhiệt độ trung bình

Nhiệt độ trung bình các tháng thay đổi tuần hoàn theo chu kỳ năm. Biến trình năm của nhiệt độ không khí ở Hà Tĩnh thuộc dạng biến trình nhiệt độ của vùng nhiệt đới gió mùa. Đó là biến trình đơn gồm một cực đại vào mùa hè và một cực tiểu vào mùa đông. Thời kỳ nhiệt độ trung bình đạt giá trị cao nhất trong năm trùng với thời kỳ hoàn lưu áp thấp nóng phía tây phát triển cực đại, gió mùa tây nam mạnh, thường mang lại nhiệt độ ngày – đêm cao và độ ẩm thấp. Thời kỳ nhiệt độ thấp là thời kỳ chính đông, đây là thời kỳ hoạt động thường xuyên và mạnh mẽ nhất của hoàn lưu áp cao lạnh lục địa. Nhiệt độ trung bình năm phổ biến từ 24 - 25°C, trong đó, phía Nam cao hơn phía Bắc, phía Đông cao hơn phía Tây. Tháng cực đại của nhiệt độ là tháng 6, với nhiệt độ trung bình từ 29,5 đến 30,5°C; từ tháng 5 đến tháng 9 nhiệt độ trung bình trên 25°C. Nhìn chung mùa nóng ở Hà Tĩnh kéo dài trong 5 tháng (tháng 5 đến tháng 9), mùa lạnh trùng với mùa đông, kéo dài 3 tháng, từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau.

Nhiệt độ cao nhất 

Mùa hè ở Hà Tĩnh thường xuyên bị ảnh hưởng bởi hoàn lưu áp thấp nóng phía tây và gió mùa tây nam, có những đợt gió tây nam mạnh kéo dài tạo hiệu ứng phơn duy trì trong nhiều ngày. Do vậy, Hà Tĩnh là một trong những nơi có nhiệt độ tối cao tuyệt đối cao nhất cả nước. Nhiệt độ tối cao cao nhất xảy ra nhiều vào các tháng 4-7, một số năm có thể xảy ra vào tháng 3 hoặc tháng 8. Hương Khê là một trong những trạm có nhiệt độ tối cao cao nhất cả nước, trong một số năm gần đây như 2010, 2014, 2015, 2019, 2020 có 3 đến 4 tháng nhiệt độ tối cao trên 40°C. Với nhiệt độ tối cao đạt mức 43,4°C vào ngày 20/4/2019 tại Hương Khê đã thiết lập kỷ lục quốc gia về nhiệt độ tính đến năm 2019. Nhiệt độ tối cao phổ biến tại Hà Tĩnh từ 38 - 40°C, tại Kỳ Anh từ 37 – 39,5°C, Hương Khê cao nhất tỉnh, phổ biến 39 - 42°C, tại Hương Sơn là 38 - 40°C, Hoành Sơn chỉ từ 36,5 đến 38,5°C.

Nhiệt độ thấp nhất 

Mùa đông, hoàn lưu không khí lạnh phía bắc thường xuyên khống chế thời tiết Hà Tĩnh, trong những ngày ảnh hưởng của gió mùa đông bắc mạnh và duy trì nhiều ngày, nhiệt độ thấp nhất vùng đồng bằng có thể xuống 9 - 10°C, vùng núi cao có thế xuống dưới 5°C. Như vậy, nhiều nơi ở Hà Tĩnh có thể xảy ra rét đậm, rét hại. Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối ở Hà Tĩnh xảy ra chủ yếu vào tháng 12 - 2, một số năm nhiệt độ tối thấp thấp nhất xảy vào tháng 3. Trạm Hương Sơn và Hương Khê có nhiệt độ tối thấp thấp nhất Hà Tĩnh.

Chế độ mưa ẩm

Chế độ mưa

Lượng mưa ở Hà Tĩnh khá dồi dào, tổng lượng mưa năm phổ biến 2000 - 2800mm. Lượng mưa phía Đông cao hơn so với phía Tây, phía nam cao hơn phía bắc tỉnh. Kỳ Anh là một trong những trung tâm mưa lớn của Việt Nam, với lượng mưa trung bình năm trên 2800mm.  Mùa mưa ở đây cũng dài hơn so với các khu vực khác, từ 7 - 8 tháng (có lượng mưa trên 100mm). Rất nhiều năm mùa mưa thậm chí kéo dài đến tháng 1 năm sau. Ở phía Đông tỉnh, các tháng 9, 10, 11 có lượng mưa lớn nhất; tuy nhiên, ở phía Tây 3 tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng 8, 9,10. Tháng cực đại của lượng mưa là tháng 10, với lượng mưa đều trên 500mm, trạm Hà Tĩnh lên tới trên 800mm.  Lượng mưa tháng cũng như năm dao động rất nhiều từ năm này qua năm khác. Trong khi lượng mưa trung bình vào khoảng 2000 - 2800mm thì giá trị cực đại có thể đạt tới 3200 - 3800mm. Năm nhiều mưa nhất tại Hà Tĩnh xảy ra vào 1989, với lượng mưa cao hơn TBNN phổ biến trên 50%. Ngược lại, năm khô hạn nhất xảy ra vào 2003 và 2014, với lượng mưa thiếu hụt trên 30%. Số ngày mưa năm khoảng 160-180 ngày, với số ngày mưa vào tháng 10 lên tới 18 -20 ngày. Mặc dù tháng 2 có lượng mưa thấp nhất năm nhưng số ngày mưa vẫn lên tới 15 ngày. Tháng 6, tháng 7 có ít ngày mưa nhất, dưới 10 ngày.

Chế độ ẩm 

Độ ẩm trung bình năm phổ biến 84-85%, trong đó, tháng 1, 2, 3 có độ ẩm cao nhất năm do mưa nhỏ, mưa phùn, đạt trên dưới 90%; các tháng 5, 6, 7 có độ ẩm thấp nhất trong năm, chỉ khoảng 71 - 75%. Riêng Hoành Sơn, độ ẩm tương đối trung bình năm chỉ đạt khoảng 81%, tháng có độ ẩm tương đối trung bình cao nhất cũng chỉ ở mức 86 - 87% và thấp nhất khoảng 71%. Độ ẩm tương đối thấp nhất trung bình năm phổ biến 37 - 40%, trong đó thấp nhất vẫn là các huyện ở phía Tây tỉnh, cao nhất là khu vực phía Nam Hà Tĩnh. Tháng có độ ẩm tương đối thấp nhất là tháng 6, 7 với khoảng 44 - 47%, cao nhất vào tháng 1 khoảng 53 - 62%.

Lượng bốc hơi

Lượng bốc hơi năm trên khu vực Hà Tĩnh phổ biến từ 850 đến 1100mm, trong đó, các tháng 5 - 8 có lượng bốc hơi khá cao, từ 100 đến 180mm; từ tháng 12 đến tháng 3 có lượng bốc hơi thấp, chủ yếu là dưới 50mm. Nơi có bốc hơn nhiều nhất ở phía Nam tỉnh (Kỳ Anh, Hoành Sơn).

Bão và áp thấp nhiệt đới 

Hà Tĩnh là tỉnh ven biển với độ dài bờ biển lên tới trên 130km, bão và ATNĐ có thể đổ bộ trực tiếp hoặc ảnh hưởng gián tiếp gây gió mạnh, mưa lớn gây ngập lụt. Thời gian ảnh hưởng chủ yếu từ tháng 7 đến tháng 10; có năm ảnh hưởng sớm từ tháng 6 và kết thúc muộn vào tháng 11. 

Lũ, ngập lụt 

Mùa lũ ở Hà Tĩnh trùng với mùa mưa, lũ có thể xuất hiện sớm từ tháng 5 và kết thúc muộn vào tháng 12. Tháng xảy ra nhiều lũ nhất là tháng 9, 10. Trung bình mỗi năm có 2 đến 4 đợt lũ.