Климат резко континентальный, характеризующийся высокими амплитудами зимних и летних температур. Средняя температура января минус 17-18°С, абсолютный минимум — минус 45,7 °C, средняя температура июля 24,2 °C, абсолютный максимум 41,6 °C.

Средняя годовая температура воздуха составляет 2,4 °C, средний годовой безморозный период в районе Наурзума — 131 день (минимальная продолжительность 103 дня, максимальная — 154 дня). Зимние месяцы отличаются малой облачностью, выхолаживанием приземного слоя воздуха и сильными морозами.

Атмосферные осадки зимнего периода крайне скудны. Устойчивый снежный покров устанавливается в конце ноября и разрушается в конце марта. Дней с метелью на широте Наурзума в среднем 19. Из-за сильных морозов и невысокого снежного покрова промерзание почвы идет на глубину более 1 м.

Полное оттаивание почвы обычно происходит в последней декаде апреля. В теплое время года антициклональный режим ослабевает. За Урал проникают воздушные массы с Атлантики и циклоны с севера.

Вместе с тем, непосредственному влиянию влажных воздушных масс атлантического происхождения препятствуют горы Урала, и нередко происходит приток континентального тропического воздуха с юга — из Средней Азии, сопровождаемый установлением особенно жаркой и сухой погоды, а также адвекцией теплых воздушных масс из Турана.

Продолжительность солнечного сияния в степях Азии составляет 2000—2400 часов в год.

Для региона характерны резкие колебания количества осадков по сезонам и годам. Среднегодовая сумма осадков составляет 233 мм, из них 30-40 % приходится на летние месяцы. Среднегодовая относительная влажность воздуха 70 %, но 38-90 дней, а иногда и более 100 дней, она снижается до 30 % и менее.