Temperatur og nedbør i nedslagsfeltet varierer etter topografien, og Amu-Darja består hydrologisk av to deler: en fjellsone hvor vann tilføres, og en lavlandssone hvor vannføringen avtar. Mesteparten av nedbøren kommer med vestlige vinder, og faller hovedsakelig om vinteren som snø. Dette gir næring til isbreene i elvas kildeområder i høyfjellene i Pamir, Trans-Alaj og Hindu Kush, hvor praktisk talt hele Amu-Darjas vannføring kommer fra. Årlig nedbør kan her være på 1000 mm eller mer. Lavere nede i nedslagsfeltet øker temperaturen og nedbøren minker, og i Amu-Darjas nedre løp ligger årlig middelnedbør på under 100 mm, middeltemperatur i juli er over 25 °C, og i januar mellom 0 °C og 10 °C.