西伯利亚大部分地区属于亚寒带针叶林气候，其特征是冬季漫长严寒，月平均气温在0℃以下；夏季短促温暖，月平均气温在10℃以上。年降水量300～600毫米，由于蒸发弱，相对湿度较高。气温年较差大，这是由于该地区为极地大陆气团的源地且纬度高，冬季黑夜时间长，正午太阳高度角小，又有积雪覆盖，地面辐射冷却剧烈，受不到海洋气团的调节。
中西伯利亚的气候特征是大陆度特别强，降水量少，比西伯利亚气候条件更为恶劣，是极端严酷的大陆性气候。冬季，本区地表强烈冷却，太阳辐射量很少，气压很高，整个区域基本上被冰洋气团和极地西伯利亚干冷气团控制。冬季气温很低，1月平均气温南部为-20～-27℃，北部为-43～-50℃（在最寒冷的一些日子气温可降至-60～－68℃）。由于辐射时冷却而产生的逆温度可达千米以上，一些山间盆地谷地更有助于气温的逆增现象。
位于本区东北的东北西伯利亚上扬斯克和奥依米亚康地区，因处在巨大的上扬斯克—科累马山弧北侧的河流谷地，其东、西、南三面为高山环绕，特别有助于冰洋气团寒冷空气的侵入和下沉停滞，再加之这里地处高纬，所以冬季气温较低，被称作北半球的“寒极”，奥依米亚康（绝对最低气温是-71℃）和上扬斯克（－68℃）有“寒极两个女儿”之谈数称。这里冬季气旋发达，几乎无气旋活动，天气晴朗少云，降水量不多，为30～150毫米，仅占全年降水量的15—25%。
中西伯利亚的夏季气温相对较高，7月平均气温一般在14～16℃，南部个别地区可超过20℃，日平均气温可达11～35℃，连奥依米亚康也曾测得32℃的绝对最高气温。夏季降水量多，占全年降水量的75～80%。
本区年降水量比西西伯利亚少，除了沿叶尼塞河河谷的东部狭窄地带及南西伯利亚山地外，年降水量一般在411毫米以下，而“寒极”地区更少。稀少的年降水量、极大的年较差及大陆度（东西伯利亚的大陆度都在80%以上），说明东西伯利亚是亚洲大陆性气候最强烈的地区。
极端严寒的大陆性气候导致本区永久冻土的广泛分布，在北部永冻土深达500～600米，有的地方甚至达到800～1500米，参数山区永冻土厚为200～400米。在南西伯利亚山地的阿尔泰等高山地区也分布着永冻土，且发育有现代冰川，在平原低地区地下冰到处可见。在本区松塔尔—哈亚塔山脉、契尔斯基山脉等地，山地冰川的总面积超过380万平方公里，雪线高2100～2600米，冰舌可下伸至800～2000米处。
由于本区山地颇大的高度，气候的垂直带性变化也较明显，尤其是在南西伯利亚山地，如降水分布，在山麓低地年降水泥只有300～400毫米，但在2000～2500米处降水量可增至700～1000毫米。
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