O clima desse estado tem grande influência da maritimidade, apresentando índice de umidade muito elevado. A continentalidade e o relevo também atuam na determinação das condições atmosféricas locais, proporcionando ao estado clima temperado oceânico na costa e clima temperado continental no interior.
As temperaturas médias na Carolina do Norte variam entre 13 ºC, nas áreas de maior altitude, e 16 ºC, no litoral. A pluviosidade é mais volumosa na região de montanhas, onde chega a 2500 mm ao ano. Na zona costeira, as chuvas acumulam 1200 mm anuais.