a. Khí hậu:
Cẩm Thịnh là một xã nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa của các tỉnh Bắc Miền trung và Hà Tĩnh. Mùa khô nắng nóng (gió Lào), mùa mưa có gió bão kéo theo mưa lớn. Theo số liều dự báo khí tượng thủy văn Hà Tĩnh nhiệt độ trung bình hàng năm là: 240C, nhiệt độ cao nhất là: 390C và nhiệt độ thấp nhất là: 120C. Lượng mưa trung bình hàng năm: 2500 mm. Độ ẩm không khí từ 80 – 85%.
+ Mùa mưa: Thường có gió Đông Bắc bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình từ 120C – 160C. Có gió lạnh tập trung vào tháng 11 đến tháng giêng năm sau. Tháng 9 đến tháng 10 hay có gió bão.
+ Mùa khô: Có gió Tây Nam nóng (gió Lào) khô và nóng mùa khô bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 8. Tháng nóng nhất là tháng 6 với nhiệt độ lên tới 340C - 400C.
Yếu tố khí hậu của Cẩm Thịnh nhìn chung thuận lợi để phát triển đa dạng các loại cây trồng, vật nuôi. Song biên độ giao động lớn, phân dị theo mùa, nhiều yếu tố bất lợi như nắng nóng, rét đậm, ảnh hưởng không nhỏ đến vấn đề sản xuất cũng như đời sống của nhân dân.
b. Thủy văn:
Cẩm Thịnh có hệ thống sông cửa Nhượng chảy về phía bắc của xã, chảy qua xã khoảng 3km, ngoài ra trên địa bàn xã có hệ thống đập Thượng Tuy và hệ thống kênh chính chảy qua xã đây là nguồn nước chính cho việc tưới tiêu phục vụ cho sản xuất cũng như nước sinh hoạt cho địa phương.
Theo tài liệu kiểm kê năm 2005, hiện tại Cẩm Thịnh có 105.85ha diện tích đất sông suối và mặt nước chuyên dùng chiếm 4,15% tổng diện tích tự nhiên.