VQG Pù Mát nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, do chịu ảnh hưởng của dãy Trường Sơn đến hoàn lưu khí quyển nên khí hậu ở đây có sự phân hoá và khác biệt lớn trong khu vực.
– Chế độ nhiệt:
+ Nhiệt độ trung bình năm 23 – 240C, tổng nhiệt năng từ 8500 – 87000C.
+ Mùa đông từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau do chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên nhiệt độ trung bình trong các tháng này xuống dưới 200C và nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất xuống dưới 180C (tháng giêng).
+ Ngược lại trong mùa hè, do có sự hoạt động của gió Tây nên thời tiết rất khô nóng, kéo dài tới 3 tháng (từ tháng 4 đến tháng 7). Nhiệt độ trung bình mùa hè lên trên 250C, nóng nhất vào tháng 6 và 7, nhiệt độ trung bình là 290C. Nhiệt độ tối cao lên tới 420C ở Con Cuông và 42.70C ở Tương Dương vào tháng 4 và 5, độ ẩm trong các tháng này có nhiều ngày xuống dưới 30%.
– Chế độ mưa ẩm:
Vùng nghiên cứu có lượng mưa ít đến trung bình, 90% lượng nước tập trung trong mùa mưa, lượng mưa lớn nhất là tháng 9, tháng 10 và thường kèm theo lũ lụt. Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Các tháng 2, 3, 4 có mưa phùn do chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc. Tháng 5, 6, 7 là những tháng nóng nhất và lượng bốc hơi cũng cao nhất.
+ Độ ẩm không khí trong vùng đạt 85 đến 86%, mùa mưa lên tới 90%. Tuy vậy nhưng giá trị cực thấp về độ ẩm vẫn thường do thời kỳ nóng kéo dài.
– Thuỷ văn:
Trong khu vực có hệ thống sông Cả chạy theo hướng Tây Bắc đến Đông Nam. Các di lưu phía hữu ngạn như khe Thơi, khe Choang, khe Khặng lại chạy theo hướng Tây Nam lên Đông Bắc và đổ nước vào sông Cả.
+ Cả 3 con sông trên đều có thể dùng bè mảng đi qua một số đoạn nhất định. Riêng khe Choang và khe Khặng có thể dùng thuyền máy ngược dòng ở phía hạ lưu.
+ Nhìn chung mạng lưới sông suối khá dày đặc, do lượng mưa phân bố không đều giữa các mùa và các khu vực nên tình trạng lũ lụt và hạn hán thường xuyên xẩy ra.