海河流域属温带半湿润、半干旱大陆性季风气候区。冬季受西伯利亚大陆性气团控制，气候干冷，盛行偏北风；春季在变性的极地大陆气团控制下，海洋暖湿气流还不太强，降水稀少，气温回升快，蒸发量大，往往形成干旱天气；夏季受海洋性气团影响，比较暖湿，气温高，降雨量多，但因历年夏季太平洋副热带高压的进退时间、强度、影响范围等很不一致，因此降雨量的变差很大，旱涝时有发生；秋季为夏冬的过渡季节，一般年份秋高气爽，降雨量较少。
气温由南向北、由平原向山区递减。年平均气温在1.5～14℃之间；全年以1月温度最低，在-18～-1℃之间，山西五台山极端最低气温达-44.8℃（1958年1月15日）；7月气温最高，在26～32℃之间，山东高唐极端最高气温达45.8℃（1934年7月14日）。冬季平均气温在0℃以下，各河都有结冰现象，从南到北变化较大，实测冰厚0.2～1.0m，平均封冻40～120天。
无霜期由北向南递增。北部大部分地区约150～200天，部分地区100～150天，平原南部及沿海地区在200天以上。
相对湿度西部小，东部、南部、北部大，全年平均在50%～70%之间；夏季相对湿度较大，平均在70%～80%之间。(www.xing528.com)
年日照时数一般在2400～3000h。东部沿海地区为多日照区，坝上及北部山区次之。日照时数与季节的变化相一致。
海河流域是我国东部沿海降水量最少的地区，1956～2000年平均年降水量为535mm，其中山丘区（含山间盆地）523mm、平原区552mm；最大为1964年的800mm，最小为1965年的357mm。
由于气候比较干旱，流域内蒸发量大，年水面蒸发量山区为1000～1200mm、平原区为1200～1400mm，最大月蒸发量一般发生在5月或6月。年陆面蒸发量平均为400～500mm，一般夏季陆面蒸发量最大，约占全年的50%左右。
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