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日本国内における気候区分では太平洋側気候に属する。夏季は高温・多雨となり、冬季は晴れて乾燥する日が多い。海洋性気候と内陸性気候の2つに分けられる。
春は、天気は周期変化で、晴れる日が多いが、発達した低気圧が通過して天気が崩れることもある。寒冷渦の影響で雷雨になる時もある。
梅雨の降水量は東海以西と比べると少ない。
夏は、太平洋高気圧に覆われて、晴れて湿度が高く暑い日が多く、雷雨も発生しやすい。オホーツク海高気圧から吹きこむ冷涼・湿潤な北東気流の影響を受け、曇りや雨のぐずついた天気になる場合もあり、夏日にも届かない異常低温に見舞われることもあるが、2010年以降は減っている。都心部ではヒートアイランド現象が顕著化しており、2013年8月には最低気温30.4℃（当時は大手町）を観測した。世田谷区北部、杉並区、練馬区などの23区西部は他地域と異なり、内陸性気候となる。暑さが厳しく盛夏期には38℃ぐらいまで上がる。多摩地区や埼玉県南部との気候の類似性がある。この地域には練馬区に気温観測所（アメダス）が所在する。同アメダスでは2018年に39.6℃を観測。
秋は、前半は秋雨前線の影響で雨が降りやすくなる。後半は天気は周期変化となり、晴れる日が多い。
冬は、西高東低の冬型の気圧配置の場合、晴れて空気が乾燥する日が多い。冬の後半になると南岸低気圧が通過しやすくなり、上空の寒気が強い場合に雪となる。2014年2月8日と同年2月14日にはそれぞれ1969年以来の大雪となり、千代田区大手町の気象庁でも27cmの積雪を観測した。
気象庁露場のあった大手町の観測によると、ヒートアイランドの影響が大きく、1920年代は年間70日程度観測されていた冬日は減少し、熱帯夜の日数は3倍以上に増加している。
一方、内陸寄りにある練馬区のアメダス観測では冬日は珍しくない。また、気象観測所のある千代田区内においても、大手町付近と新たな気象庁露場のある北の丸公園とでは冬場の最低気温に違いが見られ、2012年1月の平均最低気温は大手町1.8℃に対し北の丸公園は0.4℃であり、冬日の日数では大手町3日に対し北の丸公園は11日である。これは、1月の気温に関しては練馬（平均最低気温−0.3℃、冬日17日）寄りの気温である。これらの要因から、同じ都区内でも練馬区など内陸寄りの郊外と中央区や千代田区などの臨海部との気温差が大きいことを表している。また、気象観測所が大手町にあった時代の最低気温は高知市や鹿児島市より高い日が少なからずあったが、北の丸公園への移転後は新潟市よりも低い日が出てきている。
| 東京（東京管区気象台）の気候> 月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 1月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 2月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 3月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 4月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 5月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 6月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 7月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 8月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 9月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 10月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 11月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 12月 | 東京（東京管区気象台）の気候> 年 |
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| 最高気温記録 °C （°F） | 22.6  (72.7) | 24.9  (76.8) | 28.1  (82.6) | 29.2  (84.6) | 32.6  (90.7) | 36.4  (97.5) | 39.5  (103.1) | 39.1  (102.4) | 38.1  (100.6) | 32.6  (90.7) | 27.5  (81.5) | 24.8  (76.6) | 39.5  (103.1) |
| 平均最高気温 °C （°F） | 9.8  (49.6) | 10.9  (51.6) | 14.2  (57.6) | 19.4  (66.9) | 23.6  (74.5) | 26.1  (79) | 29.9  (85.8) | 31.3  (88.3) | 27.5  (81.5) | 22.0  (71.6) | 16.7  (62.1) | 12.0  (53.6) | 20.3  (68.5) |
| 日平均気温 °C （°F） | 5.4  (41.7) | 6.1  (43) | 9.4  (48.9) | 14.3  (57.7) | 18.8  (65.8) | 21.9  (71.4) | 25.7  (78.3) | 26.9  (80.4) | 23.3  (73.9) | 18.0  (64.4) | 12.5  (54.5) | 7.7  (45.9) | 15.8  (60.4) |
| 平均最低気温 °C （°F） | 1.2  (34.2) | 2.1  (35.8) | 5.0  (41) | 9.8  (49.6) | 14.6  (58.3) | 18.5  (65.3) | 22.4  (72.3) | 23.5  (74.3) | 20.3  (68.5) | 14.8  (58.6) | 8.8  (47.8) | 3.8  (38.8) | 12.1  (53.8) |
| 最低気温記録 °C （°F） | −9.2  (15.4) | −7.9  (17.8) | −5.6  (21.9) | −3.1  (26.4) | 2.2  (36) | 8.5  (47.3) | 13.0  (55.4) | 15.4  (59.7) | 10.5  (50.9) | −0.5  (31.1) | −3.1  (26.4) | −6.8  (19.8) | −9.2  (15.4) |
| 降水量 mm （inch） | 59.7  (2.35) | 56.5  (2.224) | 116.0  (4.567) | 133.7  (5.264) | 139.7  (5.5) | 167.8  (6.606) | 156.2  (6.15) | 154.7  (6.091) | 224.9  (8.854) | 234.8  (9.244) | 96.3  (3.791) | 57.9  (2.28) | 1,598.2  (62.921) |
| 降雪量 cm （inch） | 4  (1.6) | 4  (1.6) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 0  (0) | 8  (3.1) |
| 平均降水日数 （≥0.5mm） | 5.3 | 6.1 | 10.3 | 10.9 | 11.1 | 12.8 | 12.0 | 9.4 | 12.3 | 11.8 | 8.2 | 5.8 | 116.0 |
| 平均降雪日数 （≥0cm） | 2.8 | 3.5 | 1.4 | 0.1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.6 | 8.5 |
|  % 湿度 | 51 | 52 | 57 | 62 | 68 | 75 | 76 | 74 | 75 | 71 | 64 | 56 | 65 |
| 平均月間日照時間 | 192.6 | 170.4 | 175.3 | 178.8 | 179.6 | 124.2 | 151.4 | 174.2 | 126.7 | 129.4 | 149.8 | 174.4 | 1,926.7 |
出典：気象庁 (平均値：1991年-2020年、極値：1875年-現在)