Климат Москвы - умеренно континентальный, является переходным от мягкого европейского к резко континентальному азиатскому. В городе четко выражена сезонность: умеренно холодная зима и теплое лето. На климат города оказывают влияние географическое положение; отсутствие крупных водоёмов, что способствует довольно большим колебаниям температуры; а также влияние Гольфстрима, вызванное атлантическими и средиземноморскими циклонами.
Официально зимний сезон в Москве длится с 1 ноября по 15 апреля, летний - с 16 апреля по 31 октября. Среднегодовая скорость ветра составляет 2,3 м/с или 8,3 км/ч. В холодное время года скорость ветра выше, чем в тёплое. Самым ветреным месяцем является декабрь. Самым солнечным месяцем в году в Москве обычно является май, а самыми облачными - октябрь и ноябрь. Самым холодным месяцем года в Москве является февраль, практически такой же холодный январь. Самый тёплый месяц - июль.
За год в Москве бывает около 30 гроз, в основном в период май-сентябрь, которые чаще всего вызываются местной конвекцией за счёт интенсивного прогрева в тёплый период. Более редкие, но наиболее сильные грозы возникают при прохождении атмосферных фронтов и наблюдаются в течение всего года, включая зиму. За год в Москве и прилегающей к ней территории выпадает 600-800 мм атмосферных осадков, причём большая часть из них приходится на летние месяцы, а минимальное число - на март и апрель.
Нередким явлением на территории Москвы являются туманы. Наблюдать их можно в течение всего года, но чаще всего они появляются в июне, сентябре и октябре. Возможно, скоплению влаги в атмосфере способствует активное влияние города. Свои особенности имеет воздушный режим Москвы: воздушные потоки как бы стекаются в центральную часть города, принося с собой атмосферные осадки или зной. Во многом это обусловлено особенностями рельефа и разницей температур в центре столицы и периферии.
Как правило, температура в центральных районах столицы выше, чем на окраинах и за городом, что особенно ощутимо в ночное время в период морозов зимой и заморозков весной и осенью, когда разница температур может доходить до 5-7 °C, но обычно она либо отсутствует, либо незначительна, не более 1-3 °C, особенно в пасмурную и дождливую погоду.
5 ноября 2019 года в Москве стал самым теплым за всю историю метеонаблюдений, температура достигла показателя 10,6 градусов тепла в полдень. Предыдущий рекорд установлен в 1922 году. Столбик термометра достигал показателя 10,3 градусов тепла.