Quảng Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, chỉ có 2 mùa là mùa mưa và mùa khô, chịu ảnh hưởng của mùa đông lạnh miền Bắc. Nhiệt độ trung bình năm 25,6 °C, Mùa đông nhiệt độ vùng đồng bằng có thể xuống dưới 12 °C và nhiệt độ vùng núi thậm chí còn thấp hơn. Độ ẩm trung bình trong không khí đạt 84%. Lượng mưa trung bình 2000-2500mm. Mùa mưa thường kéo dài từ tháng 10 đến tháng 12, mùa khô kéo dài từ tháng 2 đến tháng 8, tháng 1 và tháng 9 là các tháng chuyển tiếp với đặc trưng là thời tiết hay nhiễu loạn và khá nhiều mưa. Mưa phân bố không đều theo không gian, mưa ở miền núi nhiều hơn đồng bằng. Vùng Tây Bắc thuộc lưu vực sông Bung (các huyện Đông Giang, Tây Giang và Nam Giang) có lượng mưa thấp nhất trong khi vùng đồi núi Tây Nam thuộc lưu vực sông Thu Bồn (các huyện Nam Trà My, Bắc Trà My, Tiên Phước và Hiệp Đức) có lượng mưa lớn nhất. Trà My là một trong những trung tâm mưa lớn nhất của Việt Nam với lượng mưa trung bình năm vượt quá 4,000 mm. Mưa lớn lại tập trung trong một thời gian ngắn trong 3 tháng mùa mưa trên một địa hình hẹp, dốc tạo điều kiện thuận lợi cho lũ các sông lên nhanh.

Hiện có hai trạm khí tượng trên địa bàn tỉnh quan trắc đầy đủ các yếu tố khí tượng trong một thời gian dài (bắt đầu từ 1976) là trạm Tam Kỳ và trạm Trà My. Trạm Tam Kỳ đặt tại phường Hòa Thuận, thành phố Tam Kỳ được sử dụng để tính toán các yếu tố khí tượng liên quan cho vùng đồng bằng phía Đông của tỉnh. Trạm Trà My đặt tại thị trấn Trà My, huyện Bắc Trà My được sử dụng để tính toán các yếu tố khí tượng liên quan cho vùng núi phía Tây của tỉnh.