La influencia de esta compleja formación orográfica sobre el clima de la provincia es decisiva.
Las dos fuentes potenciales de aporte de humedad, las masas de aire del océano Atlántico y las del Pacífico, encuentran impedimentos para aportar precipitaciones; la primera de ellas por su lejanía, la segunda por la barrera que interpone a su accionar la muralla de las elevadas cumbres andinas.

En el oeste montañoso reina el clima árido andino puneño, aunque a pesar que por la latitud le correspondería a un tipo de clima templado, se ha convertido por la influencia de la altitud en frío.
Las escasas precipitaciones estivales, de diciembre a febrero, acentúan la radiación y la aridez, la cual está determinada por la disposición longitudinal de las montañas.
Por ésta, la amplitud térmica diaria es marcada y breve, siendo frecuentes las heladas.
El balance climático se traduce en la escasez general de precipitaciones que caracteriza al ambiente.

En el resto del territorio provincial, el rasgo principal del clima árido de las sierras es la continentalidad, que se manifiesta en los veranos calurosos, más en las planicies que en las sierras, secos, despejados, y en los inviernos templados pero sin lluvias.
Las precipitaciones estivales, de noviembre a marzo, son insuficientes e irregulares, y cuando se producen suelen ser violentas y erosivas, dando lugar a la formación de pedregales y barreales, al desplazar escombros por las laderas y arrastrar arcillas por el suelo, al cual impermeabiliza.

La pluviosidad es mayor en las laderas orientales de las sierras y disminuye de norte a sur y de este a oeste, San José de Jáchal, 116 mm., San Juan, 76 mm., San Agustín de Valle Fértil, 320 mm.
Los principales recursos hídricos dependen de la acumulación de agua en forma de nieve invernal sobre las altas cumbres de las cordilleras del Límite y Frontal.

Unicamente dos ríos acumulan caudales de importancia para la economía y el asentamiento humano: el Jáchal y el San Juan. Gracias a sus aguas se han organizado oasis productivos, sobre la base del riego artificial.