天山的走向基本上和地球旋轉的方向一致，為東西走向，並且與西風帶氣流方向大體一致。只是在天格爾山以西山體增寬，形成向西張口的喇叭狀，群山對峙的低地中出現了一塊風光秀麗的伊犁河谷地。
天山在氣候上主要受西風氣流、西北氣流與蒙古高壓氣流影響。西風氣流湧入喇叭狀的伊犁河谷地後很快收縮和擡升，大量降雨隨之而來。
因此，伊犁河谷地海拔3000米以上的山區，年降雨量達800~1000毫米，是天山降雨量最多的地區。
北天山的山坡深受西北氣流影響，冬春季降雨多，高山區年降雨量達700～800毫米。
南天山的南坡，基本處於背風區，山區年降雨量下降為500～700毫米。但並非絕對不變，個別高大的山峰所在地區，例如托木爾峰區，降雨量可增加到700~900毫米。
天山的氣溫，東西向差異較小，而南北差異很大。主要原因是天山為東西走向，較冷的北方氣流被山體北坡隔阻後，寒冷（潮）已成強弩之末，使南坡受惠，類似於「避風港」。
從觀測到的幾個對照數碼看，東西向年均氣溫差0.2~1.4℃，夏季平均氣溫差0.3~1.3℃，均說明溫差甚微。而南北向則不然，年均氣溫差達3.0~4.2℃，夏季相差也在1.6~3.2℃。
（圖片來自網絡）
