Téhéran connaît un climat semi-aride de type steppique. La ville s'adosse au versant sud de l'Alborz et s'étage entre 1 100 mètres environ au sud et 1 700 mètres au nord. L'altitude tempère un peu les chaleurs estivales et accentue le froid hivernal. L'air reste sec presque toute l'année. L'ensoleillement approche 3 000 heures par an, avec onze heures de soleil quotidiennes en été.
L'hiver est froid. Janvier affiche une moyenne proche de 5 degrés et des gelées nocturnes fréquentes. La neige tombe plusieurs fois par saison, en quantité plus importante dans les quartiers hauts. Le record de froid s'établit à moins 20 degrés. Le printemps est court et lumineux, avec des températures agréables dès le mois d'avril. L'été est torride et sec. Juillet donne une moyenne de 31 degrés et des maximales comprises le plus souvent entre 35 et 40 degrés, pour un record à 43 degrés. La faible humidité rend cette chaleur plus supportable qu'ailleurs. L'automne ramène la douceur jusqu'en novembre.
Les cumuls annuels tournent autour de 200 à 240 millimètres. Les pluies se concentrent entre novembre et avril. Mars est le mois le plus arrosé, avec une quarantaine de millimètres. Les étés sont pratiquement secs. Plusieurs années hydrologiques depuis 2020 ont enregistré des précipitations très inférieures à la normale, et l'automne 2025 a été le plus chaud et le plus sec relevé depuis 1979.
Le dénivelé de six cents mètres entre les deux extrémités de la ville produit de vrais écarts. Les quartiers du nord, posés sur les contreforts de l'Alborz, restent plus frais en été, plus enneigés en hiver et un peu mieux arrosés. Les quartiers du sud, plus bas et plus proches du désert, subissent des maximales supérieures de plusieurs degrés ainsi que des vents chauds chargés de poussière venus du Dasht-e Kavir.
La cuvette où s'inscrit la ville favorise en hiver des inversions de température. Une couche d'air froid stagne au sol sous une masse d'air plus chaud, sans vent pour la disperser. Les polluants s'accumulent alors plusieurs jours d'affilée. Ce mécanisme explique la concentration des épisodes de pollution entre novembre et février.
Le printemps et l'automne offrent les conditions les plus confortables. La première moitié d'avril et la seconde moitié d'octobre réunissent des températures douces, un ciel dégagé et une pollution moins marquée. Juillet et août imposent la chaleur, décembre à février le froid et les pics de particules.