Khí hậu của khu vực nghiên cứu mang tính chất chung của khí hậu miền Bắc Việt Nam điển hình. Đó là khí hậu nhiệt đới gió mùa, có mùa đông lạnh. Điều dó được thể hiện qua các đặc trưng dưới đây:
- Chế độ nhiệt: Huyện Thái Thụy có chế độ bức xạ không dồi dào, số giờ nắng năm thuộc loại trung bình của nước ta trung bình có khoảng 1446
giờ/năm, tương đương với 120,5 giờ nắng/tháng. Thời kỳ từ tháng 5 – tháng 12 đều có trên 120 giờ nắng/tháng, tức là có khoảng trên 4 giờ nắng/ngày. Thường vào tháng 8 có nhiều nắng nhất, đạt khoảng 190 – 230 giờ nắng/tháng.
Lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm dao động trong khoảng từ 110 – 120 kcal/cm2/năm. Tháng 7 có lượng bức xạ tổng cộng lớn nhất, đạt 14,5 – 16,0 kcal/cm2/tháng. Trong thời kỳ nửa cuối mùa đông do ảnh hưởng của kiểu thời tiết mưa phùn ẩm ướt, trời đầy mây, lượng bức xạ tổng cộng có giá trị thấp nhất trong năm.
Nhiệt độ nước trong các ao đầm vùng ven biển Thái Bình trung bình năm dao động trong khoảng 25,2 – 26,70C. Đối với mùa hè (từ tháng 4 – tháng 10) nhiệt độ nước trung bình dao động trong khoảng 25 – 330C và sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm không cao. Đối với mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau), nhiệt độ nước dao động trong khoảng 17 – 210C.
- Chế độ gió: Mùa gió Đông Bắc kéo dài từ tháng 10 đến tháng 1 năm sau, chủ yếu là gió mùa lục địa, đem lại thời tiết lạnh và khô, gió hướng Đông Bắc chiếm ưu tế tuyệt đối với tần suất khoảng 70%. Ở bờ biển, tùy theo hình thái địa hình mà hướnggió thịnh hành có thể là Đông Bắc hoặc Bắc. Tần suất tổng cộng của các hướng có thành phần Bắc chiếm khoảng 50 – 60%, thấp hơn một ít so với ở cùng biển khơi.
Từ tháng 2 đến tháng 4 là thời kỳ suy thoái của các luồng gió từ phương Bắc, đồng thời gió Đông phát triển mạnh và trở nen thống trị. Ở vùng Thái Bình, gió Đông đã trở lên thịnh hành từ tháng 2. Tần suất gió Đông trong các tháng 2 – tháng 4 lên đến 50 – 60%; hướng gió Bắc vẫn còn chiếm tỷ lệ khoảng 15 – 25%.
Từ tháng 4 – tháng 7 là thời ỳ thống trị của luồng gió có hướng từ Nam đến Đông Nam, thổi từ biển vào đất liền đem lại thời tiết nóng ẩm ở dải ven bờ. Tần suất tổng cộng của hai hướng Nam và Đông Nam lên đến 50 – 60%, trong đó gió Nam chiếm ưu thế.
Hai tháng 8 và tháng 9 là thời kỳ chuyển đổi hướng gió, tần suất phân phối cho nhiều hướng khác nhau. Trong tháng 8 ưu thế thuộc về hướng có thành phần Nam, nhưng sang tháng 9 ưu thể chuyển sang hướng có thành phần Bắc.
- Chế độ mưa và độ ẩm: Thái Bình có chế độ mưa (trung bình 124mm) thuộc loại trung bình trên toàn quốc và được phân hóa ra hai mùa khác nhau. Số ngày mưa/năm dao động trong khoảng 117 – 153 ngày và phân bố tương đối đều trong năm, chỉ có 3 tháng từ tháng 11 đến tháng 1 năm sau là có dưới 10 ngày mưa/tháng do ảnh hưởng của kiểu thời tiết khô hanh rất đặc trưng của miền Bắc. Hầu hết các tháng còn lại trong năm đều có số ngày mưa dao động trong khoảng 10 – 20 ngày/tháng, trong đó tháng 8 và tháng 9 có nhiều ngày mưa nhất trong năm, đạt khoảng 14 – 20 ngày.
Độ ẩm không khí trung bình năm khoảng 85,2% và không có sự thay đổi độ ẩm nhiều qua các tháng trong năm. Vào mùa mưa, lượng mưa lớn, nhưng nhiệt độ, số giờ nắng cao dẫn đến khả năng bốc hơi mạnh, do vậy độ ẩm tương đối ổn định.
- Đặc điểm chế độ thủy văn: Các sông chính chảy qua huyện Thái Thụy, bao gồm sông Thái Bình, sông Diêm Hồ và sông Trà Lý thuộc hạ du của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, mang đặc trưng của sông vùng đồng bằng, dòng chảy được cung cấp phần lớn là lượng nước từ thượng nguồn đưa về và một phần nhỏ được cung cấp do mưa. Kèm theo lưu lượng nước là lượng phù sa rất lớn từ hệ thống sông này, trong đó ước tính ở cửa sông Thái Bình có khoảng 20 triệu tấn bùn cát bồi tích hàng năm; ở cửa Trà Lý khoảng 15 triệu tấn/năm. Chế độ thủy văn ở khu vực này chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ thủy triều. Riêng với các sông nội đồng, nước được cung cấp chủ yếu do mưa, chế độ thủy văn hoàn toàn phụ thuộc vào chế độ mưa. Chế độ dòng chảy các sông lớn ở đây khá phức tạp chủ yếu do chế độ nước sông ở thượng lưu quyết định. Dòng chảy năm cũng phân thành 2 mùa rõ rệt.
+ Mùa lũ: Mùa lũ trên dải ven biển đồng bằng sông Hồng, sông Thái Bìnhthường đến chậm hơn mùa mưa 1 tháng, bắt đầu từ tháng 6 kết thúc vào tháng 10. Lượng nước trong mùa lũ chiếm khoảng 75 – 80% lượng nước năm. Nước lũ ở hạ lưu sông hồng rất lớn vì cả 3 sông Đà, Lô, Thao đều tập trung chảy vào đồng bằng đoạn gần Việt Trì. Lưu vực sông Hồng có dạng nan quạt nên mức độ tập trung lũ nhanh với lưu lượng lớn. Dòng sông Hồng lại bị đê khống chế làm giảm khả năng tiêu thoát lũ. Lũ sông Hồng thường xuất hiện lớn nhất vào các tháng 7 và tháng 8. Nước lũ sông Hồng được chia vào các phân lưu (trong đó một phần chia sang hệ thống sông Thái Bình) trước khi đổ ra biển, trong đó sông Trà Lý tiêu thoát khoảng 11 – 12% lưu lượng. Với lượng nước lũ từ thượng nguồn đưa về lớn, địa hình dải ven biển đồng bằng sông Hồng lại khó có khả năng tiêu thoát nên thường gây ngập úng trong mùa lũ.
+ Mùa khô: Mùa khô dòng chày từ thượng lưu đổ về giảm nhiều so với mùa lũ. Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau chỉ chiếm khoảng 20 – 25% tổng lượng dòng chảy năm. Có thể thấy dòng chảy kiệt và sự phân phối dòng chảy ở hạ du đã ảnh hưởng quan trọng tới sự xâm nhập mặn ở khu vực ven biển.
Nhìn chung, hệ thống đê điều đã chia đồng bằng sông Hồng trong đó có huyện Thái Thụy thành các ô độc lập, tạo nên một hệ thống sông lạch nhỏ và nông (sông nội đồng). Dòng chảy được hình thành theo đường trũng nhất của mỗi ô. Nguồn nước của các sông nội đồng được cung cấp chủ yếu là do mưa. Chế độ thủy văn của các sông nội đồng hoàn toàn phụ thuộc vào chế độ mưa ở đồng bằng Bắc Bộ. Tuy nhiên, trong mùa mưa lũ, đặc biệt khoảng tháng 8 và cũng là tháng mực nước các sông chính cao do lũ từ thường nguồn về, nên thường cảy ra sự trùng pha, nước các sông nội đồng không tiêu thoát được gây ra tình trạng ngập úng ở các huyện ven biển đồng bằng sông Hồng.