Холодный сухой арктический воздух, поступая на поверхность суши, быстро прогревается, поэтому температурный градиент в северной части равнины не высок. Средняя температура июля на северном побережье Ямала составляет 4°С, а близ полярного крута 14°С. Южнее нарастание температур происходит медленнее. На крайнем юге средняя температура июля составляет 21-22°С. Абсолютный максимум на севере 23-28°С, а на юге 45°С.

На теплый период (с апреля по октябрь) в Западной Сибири приходится 70-80% годовой суммы осадков. Наиболее обильны они в июле и августе, что связано с циклогенезом на арктическом и полярном фронтах. В тундре максимум осадков приходится на август, в тайге - на июль, а в степях - на июнь. В теплый период в южных районах Западной Сибири в отдельные годы возможны месяцы, когда совсем нет осадков. Летние осадки часто имеют ливневый характер, но суточное их количество редко превышает 10 мм.

Распределение осадков по территории имеет зональный характер. Наибольшее их количество (550-650 мм) выпадает в полосе, протянувшейся от Урала до Енисея через среднее течение Оби (лесная зона). В пределах этой полосы наблюдается некоторое увеличение осадков к востоку, обусловленное барьерной ролью Среднесибирского плоскогорья и повышением влажности воздуха при прохождении над заболоченной поверхностью равнины.

К северу и к югу от полосы наибольших осадков количество их постепенно уменьшается до 350 мм. К северу это происходит из-за возрастания повторяемости арктического воздуха с малым влагосодержанием, а к югу из-за ослабления циклонической деятельности и повышения температур.

Для равнины, особенно для ее южной части, характерны значительные колебания количества осадков от года к году. В лесостепной и степной зонах осадки влажного года могут превышать сумму осадков сухого года в 3-3,5 раза, в южной части тайги - в 2-2,5 раза.

Климат на большей части территории Западной Сибири способствует широкому развитию многолетней (вечной) мерзлоты, в распространении которой отчетливо прослеживается зональность.

На полуостровах мерзлота встречается повсеместно. Ее мощность 300-600 м. Южнее, примерно до Сибирских Увалов, распространена мерзлота с островами таликов. Монолитная мерзлая толща здесь сменяется двуслойной: верхний слой современной мерзлоты мощностью от 50-100 м на севере до 10- 50 м на юге отделен слоем талых пород от нижнего реликтового слоя, начинающегося на глубине 80-140 м и имеющего мощность до 200-250 м Отдельные острова современной мерзлоты встречаются до широты устья реки Демьянки - правого притока Иртыша. Несколько южнее, до субширотного отрезка Иртыша, распространена реликтовая мерзлота (нет ее лишь на поймах крупных рек), залегающая на глубине от 100-120 до 250 м и имеющая мощность от 150 до 250 м. В направлении с запада на восток наблюдается увеличение мощности и понижение температуры мерзлых грунтов.

Воды

Западная Сибирь характеризуется огромным скоплением поверхностных и подземных вод, заключенных во многих тысячах крупных и мелких озер, обширных болотных массивах, медленно текущих полноводных реках, обильных грунтовых водах и крупных артезианских бассейнах.

Реки. Поверхность равнины дренируется многими тысячами рек, общая длина которых превосходит 250 тыс. км. Большая часть рек относится к бассейну Карского моря. Почти вся равнина входит в бассейн Оби. Лишь реки северной части равнины несут свои воды непосредственно в Карское море или его заливы (Таз, Пур и Надым). Некоторые районы Кулундинской, Барабинской и Ишимской равнин относятся к области внутреннего (замкнутого) стока. Реки здесь впадают в бессточные озера, а в засушливые годы совсем пересыхают. Густота речной сети в разных частях равнины неодинакова. Наибольшей величины она достигает в Приуральской части лесоболотной зоны (0,35-0,30).

В связи с равнинностью территории и слабым наклоном поверхности реки Западной Сибири, в том числе и самые крупные - Обь, Иртыш, Енисей, отличаются малыми продольными уклонами, медленным плавным течением и преобладанием боковой эрозии. Продольные уклоны Оби в среднем и нижнем течении составляют всего 1,5-3 см/км. Это в 3-4 раза меньше уклонов Северной Двины. Уклон Енисея в 1,5-2 раза больше, чем Оби. При малом падении реки сильно меандрируют, блуждая по широкой пойме, достигающей на крупных реках ширины 15-20 км, образуя многочисленные рукава, протоки и старицы. Коэффициент извилистости многих рек составляет 2,5-3.

В питании рек принимают участие талые снеговые, дождевые и болотно-грунтовые воды. На первое место у всех рек выходит снеговое питание. Доля его растет в направлении с севера на юг. С таянием снегов связано весеннее половодье на реках, пик которого в северной части смещается на начало лета. Пик половодья на Оби достигает 7-12 м, а в низовьях Енисея даже 18 м.

Для западносибирских рек характерно чрезмерно затяжное (распластанное) половодье. Лишь реки южных районов отличаются бурным кратковременным половодьем и быстрым спадом вод. На остальной территории половодье растягивается на два-три летних месяца. Подъем воды идет очень быстро, а высокий уровень держится долго и спадает очень медленно. Это связано с особенностями рельефа, замедляющими сток, а также с тем, что основные водные артерии Западной Сибири - Обь, Иртыш и Енисей - текут с юга, где раньше начинается половодье. В результате эти многоводные реки вызывают подпоры на притоках их среднего и нижнего течения. Длительное весенне-летнее половодье сильно ослабляет дренирующую роль рек и даже превращает их из фактора дренажа в фактор застоя и временного накопления вод.