Nach der effektiven Klimaklassifikation von KÖP­PEN (1923) gehört das Gebiet des Oberrheingrabens zum feuchtgemässigten Klima (Cfb), bei dem die mittlere Lufttemperatur des wärmsten Monats unter 22 °C, die des kältesten über -3°C liegt und das mindestens 4 Monate eine Mitteltemperatur von über 10 °C aufweisen muss. Diese Einteilung ist jedoch wegen des Fehlens einer direkten oro­raphischen Komponente innerhalb dieser Klassi­fikation für eine Anwendung im Bereich der Regionalklimatologie für das so stark gegliederte Gebiet des mittleren und südlichen Oberrheins zu wenig differenziert.

Das Gebiet liegt im Westen Mitteleuropas, in einer Zone mit vorherrschenden Winden in der freien Atmosphäre aus westlichen Richtungen. Die Entfernung zum Atlantik ist verantwortlich dafür, dass das Untersuchungsgebiet im Übergangs­bereich von maritimem zu kontinentalem Klima mit einem deutlich ausgeprägten Tages- und Jah­resgang der Lufttemperatur liegt.

Wie in vielen anderen Gebieten der Erde wird das Klima im Bereich des mittleren und südlichen Oberrheins besonders stark durch die orogra­phische Struktur geprägt.

Das Klima der Oberrheinebene ist für mitteleu­ropäische Verhältnisse recht mild. Dies ist einmal darauf zurückzuführen, dass die warmen und feuch­ten Luftmassen des westlichen Mittelmeerraumes von SW her durch die Burgundische Pforte leich­ten Zugang haben. Gegen kalte Luftströmungen aus anderen Richtungen ist der Oberrheingraben durch seine relativ hohen Randgebirge weitge­hend geschützt. Er weist ein Jahresmittel der Luft­temperatur um 10 °C auf, in den Kammlagen der Mittelgebirge liegt dieses teilweise unter 4 °C. Das entspricht einer mittleren vertikalen Tempe­raturabnahme von etwa 0,6 K/100 m. Im Winter ist diese aufgrund der grösseren Inversionshäufig­keit geringer als im Sommer.

Bei Strahlungswetterlagen werden in den Rand­gebirgen, verursacht durch ihre starke orographi­sche Gliederung, thermische Windsysteme angeregt (z.B. der »Höllentäler« bei Freiburg, der »Fechtäler« bei Colmar oder der »Albtäler« bei Karlsruhe), die zur lokalen Durchlüftung des Ge­biets beitragen. Im Winter ist der Oberrheingra­ben bei länger anhaltenden Hochdruckwetterla­gen mit Kaltluft gefüllt. Bei genügend hoher Luft­feuchte führt dies gleichzeitig zu Nebel oder Hochnebel, der mehrere Tage anhalten kann. Bei solchen Inversionslagen reichern sich in der Luft­schicht Schadstoffe an. Die höheren Lagen von Schwarzwald, Vogesen und Schweizer Jura ragen oft aus dieser Kaltluftschicht heraus, und haben dann nicht selten bis zu 10 °C höhere Temperatu­ren und gute Fernsicht. In den zum Oberrheingra­ben offenen Seitentälern der Mittelgebirge ver­hindern die Kaltluftflüsse ein Stagnieren der Luft, was hier die Häufigkeit der Nebelbildung im Ver­gleich zum Rheingraben herabsetzt. Die Vorberg­zone ist besonders in den Übergangsjahreszeiten gegenüber ihrer Umgebung wärmebegünstigt. Hier ist die Zahl der Tage mit Nebel sowie die Frostge­fahr gegenüber der Rheinebene geringer.

Die für das menschliche Wohlbefinden wichti­gen klimatischen Elemente weisen im Gebiet des mittleren und südlichen Oberrheins grosse Unter­schiede auf. Im Sommer tritt an schwülen, heissen Tagen die grösste Wärmebelastung im Oberrhein­graben auf, in den grossen Städten noch verstärkt durch ihren Wärmeinseleffekt. Mit zunehmender Höhe nimmt sie ab, besonders rasch in den der Strömung der freien Atmosphäre ausgesetzten Lagen. Im Winter sind diese Hochlagen jedoch vorzugsweise von Kältestress betroffen, am we­nigsten dagegen die grossen Städte in der Rhein­ebene.

Die Niederschlagsverteilung im Untersuchungs­gebiet ist ebenfalls stark von der orographischen Lage abhängig. Sie weist im Jahresverlauf zwei Maxima auf, eines im Juli und eines im Dezember. Im Gebirgsbereich ist das Dezembermaximum das primäre, sonst das Julimaximum. Das Dezem­bermaximum wird durch Niederschläge verur­sacht, die hauptsächlich mit den aus westlichen Richtungen herangeführten maritimen Luftmas­sen und den darin eingelagerten Niederschlagsge­bieten verbunden sind. Das Julimaximum ist we­sentlich durch konvektive, oft an starke Gewitter gebundene Niederschläge bedingt. Beim Überströmen der Gebirge kommt es auf den Luvseiten zu Stau mit vermehrten Niederschlägen und im Lee zu Föhneffekten. Staueffekte sind im Winter aufgrund des niedrigeren Kondensationsniveaus effektiver als im Sommer. Besonders ausgeprägt sind sie an den Vogesen, denn diese stellen für die von Westen herangeführten Luftmassen ein mar­kantes Hindernis dar. In den Kammlagen dieses Gebirges fallen im langjährigen Mittel mehr als 2300 mm Niederschlag. Der im Lee der Vogesen liegende Schwarzwald erhält nicht mehr ganz so hohe Niederschlagsmengen. So beträgt die grösste mittlere Niederschlagshöhe im Nordschwarzwald, der nicht so sehr im Einflussbereich der Vogesen liegt, knapp 2100 mm, im Südschwarzwald fallen dagegen »nur« maximal 1900 mm. Schwarzwald und Vogesen stellen der Anströmung von Westen ihre Breitseiten entgegen, der Jura mehr seine Längsseite, was sich hier durch geringere Stau­wirkung mit niedrigeren jährlichen Niederschlags­summen bis 1600 mm bemerkbar macht. Im Lee der Vogesen sinkt die jährliche Niederschlags­summe drastisch ab. Das Zentrum dieses Trockengebietes liegt bei Colmar mit mittleren Jahres­werten unter 600 mm. Auch im Lee des Schwarz­waldes gehen die Niederschläge stark zurück; in den Gäulandschaften am oberen Neckar und in der Baar erreichen sie nur noch 750 mm. Der Föhnef­fekt östlich der Vogesen macht sich häufig durch eine Auflockerungszone der Bewölkung bemerk­bar, die sich manchmal nach Osten sogar bis über den Rhein erstreckt.

Der Jahresgang der Bewölkung hat sein Mini­mum im September und sein Maximum im De­zember und Januar. In den Sommermonaten ist der Bedeckungsgrad in den Gebirgslagen dabei höher als in den tiefer gelegenen Gebieten. Im Winter ist es aufgrund der dann oft mit Nebel gefüllten Täler umgekehrt.

Die Oberrheinebene ist aufgrund ihrer starken Abschirmung durch die umliegenden Gebirge ziemlich windschwach. Karlsruhe besitzt beispiels­weise eine mittlere jährliche Windgeschwindig­keit von 2,8 m/s und Strassburg-Entzheim sogar von nur 2,2 m/s. Die höheren Gipfel der sie umge­benden Mittelgebirge sind aber aufgrund ihrer freien Lage und der für Mittelgebirge überdurch­schnittlichen Höhe sehr stürmisch. Dagegen weisen die Kammlagen überdurchschnittliche Strö­mungsgeschwindigkeiten auf. Auf dem Feldberg im Schwarzwald werden im Jahresmittel 7,6 m/s gemessen. In den freien Hochlagen ist W bis SW die Hauptwindrichtung, in den Tälern wird sie aufgrund der dominanten thermischen Windsy­steme durch die jeweiligen Talrichtungen be­stimmt. Auch im breiten Rheingraben stellen die talparallelen Richtungen die Hauptwindrichtungen dar, hier aber aufgrund der Kanalisierung der Luftströmungen zwischen Vogesen und Schwarz­wald.