Store deler av delstaten har et fuktig subtropisk klima med unntak av enkelte høyereliggende områder i Appalachene i øst med maritimt klima, fuktig kontinentalklima og kaldere temperaturer. Klimaet i delstaten domineres av påvirkningen fra Mexicogolfen som bidrar til både vind, regn og også sykloner. Mesteparten av delstaten har et klima med varme sommere og milde vintere med relativt mye regn året rundt. Det finnes snø i høyereliggende områder både i vest og i de høyere fjellene i øst . Sommerne er ofte svært varme og fuktige og har en gjennomsnittstemperatur på over 30 °C (92 °F) for det meste av sommeren. Den høyeste temperaturen noensinne dokumentert var i Perryville den 9. august i 1930 på 45 °C (113 °F), og den kaldeste dokumenterte temperaturen var målt i Mountain City den 30. desember 1917 på -36 °C (-32 °F). Til tross for at Tennessee er lokalisert langt fra kysten opplever staten relativt ofte tropiske sykloner, eksempelvis orkanen Opal i 1995 og orkanen Chris i 1982. Tornadoer rammer hele delstaten, men er mer vanlige i de vestlige delene av delstaten . I gjennomsnitt blir delstaten rammet av femten tornadoer i året . Superutbruddet i 2011 rammet flere fylker i Øst-Tennessee og tok livet av blant annet åtte mennesker i Apison i Hamilton fylke . Tornadoene rammet også hardt nabofylket Bradley.