Khí hậu
Khu vực bảo tồn nằm trong vùng có khí hậu nhiệt đới gió mùa, có mùa đông lạnh, mùa khô từ tháng 1 đến tháng 5(Biểu đồ khí hậu Việt Nam). Ba tháng có lượng mưa nhiều nhất là tháng 8, 9 và 10. So với khí hậu Quảng Trị, vùng này mùa khô đến sớm hơn và mùa mưa cũng đến sớm hơn.
Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng từ 24oC-25oC tương đương với tổng nhiệt năm khoảng 8300-8500oC. Mùa đông tương đối lạnh và rất ẩm ướt do ảnh hưởng của gió mùa đông bắc, nhiệt độ trung bình trong các tháng này ở vùng đồng bằng xuống dưới 22oC, còn trên các vùng có độ cao từ 400-500 m trở lên thường xuống dưới 20oC và nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất xuống dưới 15oC ở Khe Sanh vào tháng 12 và tháng 1. Ngược lại mùa hè do có sự hoạt động của gió Tây nên rất nóng và khô. Có tới 3-4 tháng (từ tháng 1 đến tháng 5) nhiệt độ không khí trung bình lớn hơn 25oC, tháng nóng nhất thường là tháng 4 hoặc tháng 5 nhiệt độ trung bình lên tới 29oC. Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối lên tới 39-40oC. Độ ẩm trong các tháng này cũng xuống rất thấp, dưới 30%.
Vùng nghiên cứu có lượng mưa rất lớn, lượng mưa trung bình năm đạt tới 2400-2800mm hoặc lớn hơn và tập trung chủ yêú trong mùa mưa, hai tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng 9 và 11, chiếm tới 45% tổng lượng mưa toàn năm. Mưa ít bắt đầu từ tháng 5, kết thúc vào tháng 11, tuy vậy lượng mưa trung bình của tháng 5 ở Khe Sanh cũng đạt tới 157,4 mm.
Độ ẩm không khí trong vùng đạt tới 85-90%, trong mùa mưa độ ẩm lên tới 91%. Mặc dù vậy những giá trị cực đoan thấp vẫn đo được trong thời kỳ khô nóng kéo dài.
Thuỷ văn
Do có địa hình có độ dốc lớn nên sông suối xuất phát từ đây thường ngắn, dốc. Trong vùng nghiên cứu có các hệ thống sông chính sau:
Phía tây bắc và nam của khu bảo tồn là thượng nguồn sông Xê Păng Hiêng chảy qua Lào vào sông Mê Kông.
Phía đông nam, bao gồm bắc Động Sa Mùi và đông Động Voi Mẹp là thượng nguồn của sông Cam Lộ và đổ ra biển Đông
Phía nam là hệ thống suối của sông Rào Quán, là một chi lưu của sông Quảng Trị (Thạch Hãn).