El clima de la Terra Alta es mediterráneo con tendencia continental. La mitad sur recibe más la influencia del aire marítimo, sobre todo las vertientes solanas y encaradas en el mar.

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En la mitad norte el clima es más seco y la amplitud térmica entre invierno y verano es mayor. En el sur, además de la influencia suavizadora del aire marítimo, existe el efecto derivado de la altitud, con ambientes más frescos y húmedos.

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Los inviernos son largos y fríos, entre 5 y 6 °C de temperatura media mensual en enero. Sin embargo, los veranos son más bien calurosos, entre 22 y 25 °C en buena parte de la comarca, las más elevadas en el extremo septentrional. Las precipitaciones son escasas, entre algo menos de 400 mm en los sectores septentrionales, y más de 700 mm en las sierras más elevadas del sur. Los veranos son secos.