Lesbos znajduje się w strefie klimatu śródziemnomorskiego – lata są gorące i słoneczne, zimy zaś dość łagodne. Średnia roczna suma opadów to 670 mm, przy czym deszcze padają głównie w grudniu, styczniu i lutym. Latem opady występują bardzo sporadycznie.
Średnie temperatury w Mitylenie w miesiącach letnich (czerwiec-sierpień) wynoszą 28-30°C w dzień i 19-21°C w nocy. Wiosną (luty-kwiecień) - 13-15°C w dzień oraz 8-11°C w nocy. Cieplejsza jest jesień (wrzesień-październik), wówczas średnio słupki rtęci wskazują 15-18°C w dzień i 14-17°C w nocy.
Woda w morzu najcieplejsza jest w sierpniu i we wrześniu (23-24°C), najzimniejsza natomiast w lutym i w marcu – 14-16°C.
Najlepszym okresem na wizytę na Lesbos jest lato (druga połowa czerwca, lipiec i sierpień), jeśli naszym głównym celem jest plażowanie oraz późna wiosna (maj) i wczesna jesień (wrzesień, początek października), jeśli myślimy o bardziej aktywnym wypoczynku.