Quần đảo trong phạm vi v-ờn quốc gia nằm trong dải vùng vịnh gần bờ, không khác biệt nhiều với khí hậu ven biển, nổi bật vẫn là vùng nhiệt đới gió mùa m-a mùa. ảnh h-ởng mạnh của 2 chế độ gió mùa thịnh hành là gió Đông Nam kéo theo m-a, và gió lạnh Đông Bắc. C-ờng độ tác động của 2 chế độ gió mùa đối với vùng quần đảo này mạnh hơn so với trong bờ đất liền.
Nhiệt độ trung bình hàng năm 22o8C, cao nhất 37o3C và thấp nhất 4,6oC. L-ợng m-a trung bình hàng năm 1.225 milimét, mùa m-a vào tháng 5 đến tháng 10 (trong mùa m-a đạt tới 2.120 milimét). L-ợng m-a trong những tháng mùa khô chỉ đạt 200 milimét, đồng thời với gió lạnh Đông Bắc. Độ ẩm trung bình năm 84%, vào mùa khô độ ẩm 70% và thấp hơn. Bão th-ờng xuất hiện vào tháng 7 đến tháng 9 hàng năm, kèm theo m-a lớn, c-ờng triều (sóng lớn tác động dữ đội vào s-ờn đông các đảo). Xuất hiện nhiều cơn gió lốc cục bộ trong vùng vịnh, gây những tác hại không kém bão, nghiêm trọng hơn là tính đột ngột không dự báo tr-ớc đ-ợc nh- bão.
Đặc điểm thuỷ văn trên các đảo nổi chủ yếu là các dòng chảy mặt và nguồn n-ớc ngầm, đặc điểm hải văn là chế độ nhật triều và ảnh h-ởng của dòng hải l-u ven bờ tác động tới bờ đảo, thềm đảo, xuất hiện xâm thực.
Những dòng chảy mặt quan trọng hơn cả: 4 suối lớn có nguồn n-ớc quanh năm trên đảo Ba Mùn, 3 suối lớn có nguồn n-ớc quanh năm trên đảo Trà Ngọ Nhỏ, 2 suối vừa có nguồn n-ớc quanh năm trên phần núi đất phía Bắc đảo Trà Ngọ lớn. Trên những đảo khác hầu hết rất hiếm các dòng suối, nguồn n-ớc mặt không đáng kể trong năm.
Trên đảo Ba Mùn còn có suối ổ Lợn, có n-ớc quanh năm, nh-ng cửa suối rộng, vừa bị xói lở đất đá mạnh trên l-u vực vừa bị c-ờng triều xâm nhập mặn cao, nguồn n-ớc kém giá trị sử dụng.
Chế độ nhật triều đều là yếu tố chủ yếu điều tiết chế độ hải văn ở vùng đảo và biển trong phạm vi v-ờn quốc gia. Biên độ triều cao nhất đạt tới 4 mét, phát sinh tác động ngoại lực mạnh đối với bờ các đảo, các bãi gian triều, những vũng, thung, áng thông th-ơng với biển (đã tạo nên xâm thực, mài mòn nền tảng địa chất, hình thành nhiều bãi cát hình cánh cung hẹp, nhiều bãi đá và hòn nổi nhỏ...) các dòng hải văn biến đổi phức tạp theo thuỷ triều, theo các mùa gió thịnh hành, theo những mức độ tần suất sóng, nh-ng đều theo chiều h-ớng dòng hoàn l-u ven bờ vịnh Bắc Bộ vòng xuống phía Nam và Tây Nam.
Độ mặn của n-ớc biển cao, thấp khác nhau theo từng khu vực: Phía đông quần đảo độ mặn cao từ 31 đến 34o/oo, nh-ng ở phía tây quần đảo (trong các lạch biển nông) độ mặn thấp hơn nhiều, do vậy tạo ra nhiều khu hệ môi tr-ờng biển cho nhiều loài sinh vật khác nhau trên biển quanh các đảo. Đánh giá chung môi tr-ờng n-ớc biển quanh các đảo trong phạm vi v-ờn quốc gia có độ muối cao, từ khu vực n-ớc mặn đến khu vực n-ớc lợ, hàm l-ợng ô xy hoà tan rất cao, hàm l-ợng Amiôniac thấp, ch-a có dấu hiệu bị ô nhiễm, vật chất lơ lửng cũng thấp, môi tr-ờng thích nghi cho nhiều loài sinh vật biển.