백두산은 8월 7일부터 서리가 내리기 시작해 이듬해 6월 18일까지 눈서리가 내린다. 9월 하순부터는 물이 얼기 시작하고 이듬해 6월 초에야 녹는다. 서리가 내리지 않는 기간은 50~120일이다. 영구동토층의 두께는 10m 정도 되고, 여름철에 녹는 땅 깊이는 0.9m 정도이다.

백두산은 북쪽에서 불어오는 대륙계절풍의 영향을 받아 풍력이 특히 강하다. 그리고 동해로부터 불어오는 온난 습윤한 해풍이 대륙계절풍과 만나 빈번히 눈과 비가 내리고 구름이나 안개가 낀 날이 많다. 백두산은 지세가 높아 원추체 주위의 기후와 현저한 차이가 있다. 

여름은 짧고 서늘하며 습윤하다. 백두산은 사계절이 명확하지 않고 겨울이 9개월에 달한다. 백두산은 산 밑부터 정상에 이르기까지 수직기후 특징이 뚜렷하다.

백두산은 해발 고도가 높아 기온이 낮다. 연평균 기온은 －7.3℃이다. 가장 따뜻한 7, 8월 기온은 8.1~22.1℃이고, 가장 추운 1월은 －16.4~－24℃, 가장 따뜻한 일기온은 22.1℃이다.