Posée sur une plaine de piémont à un peu plus de 200 mètres d'altitude, entre la chaîne du Kopet Dag et la bordure méridionale du Karakoum, la capitale turkmène relève d'un climat désertique chaud marqué par des étés torrides, des hivers brefs et une sécheresse quasi permanente.
La barrière du Kopet Dag, qui culmine à près de 3 000 mètres au sud de la ville, arrête une partie des influences venues de l'Iran et accentue la continentalité, tandis que le désert s'étend sans obstacle vers le nord. Des vents chauds de type foehn descendent des montagnes à toutes les saisons et font monter la température de plusieurs degrés en quelques heures. L'amplitude entre le jour et la nuit reste forte, particulièrement au printemps et en automne.
Janvier constitue le mois le plus froid avec une moyenne voisine de 4 degrés, les nuits passant fréquemment sous zéro sans que la neige tienne longtemps. La remontée s'opère vite, avril dépassant 17 degrés de moyenne et mai approchant les 24. Juillet culmine autour de 31 degrés de moyenne journalière, l'après-midi se tenant ordinairement au-dessus de 37. Le refroidissement d'octobre et de novembre est tout aussi rapide, ramenant la ville à une dizaine de degrés au début de l'hiver.
Le maximum relevé atteint 47,2 degrés en juin 2015, et le minimum descend à moins 24,1 degrés en janvier 1969, écart qui résume la brutalité du régime continental. Les vagues de chaleur de juillet et d'août maintiennent plusieurs jours consécutifs au-dessus de 40 degrés.
Le cumul annuel avoisine 220 millimètres, valeur qui classe la ville parmi les capitales les plus sèches d'Asie. L'essentiel tombe entre novembre et mai, avec un maximum de février à avril lié à la rencontre des masses d'air au printemps. Les averses de cette période prennent parfois un caractère orageux et provoquent des ruissellements sur les piémonts. Juillet et août ne reçoivent que quelques millimètres, souvent aucun.
Le printemps et le début de l'été apportent des vents de sable qui réduisent la visibilité et déposent une fine poussière sur la ville. Ces épisodes durent de quelques heures à une journée entière et dégradent nettement la qualité de l'air. En été, l'air sec limite la sensation d'étouffement malgré des relevés très élevés.
La durée d'insolation approche 2 650 heures par an, soit plus de sept heures par jour en moyenne, avec un ciel dégagé une grande partie de l'année. Avril, mai, septembre et octobre réunissent les conditions les plus tempérées, quand l'été concentre les difficultés liées à la chaleur et l'hiver un froid sec de courte durée.