a. Đặc điểm khí hậu
VQG Tam Đảo nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, được chia làm 4 mùa xuân, hạ, thu, đông và phân ra mùa mưa, mùa khô khá rõ rệt. Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10, tập trung vào các tháng 7 và 8. Lượng mưa bình quân năm 1.603mm ở sườn Tây và 2.630mm ở sườn Đông vùng cao trên 700m; số ngày mưa trung bình trong năm 160- 170 ngày. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau với đặc trưng giá lạnh và có sương mù.
Nhiệt độ bình quân năm 180C ở độ cao trên 700 m và 230C ở chân núi; Độ ẩm tương đối bình quân năm trong khu vực từ 80% - 87% và tổng số giờ nắng bình quân năm 1.400 giờ. Bình quân có 140 ngày có sương mù trong năm ở độ cao trên
trong năm nhưng đôi khi kéo dài 3 đến 5 ngày. Gió thịnh hành là gió mùa Đông Bắc (mùa khô) và gió mùa Đông Nam (mùa mưa). Cường độ gió nhẹ khoảng 2,5m/s, vào các tháng 4 - 6 trong năm đôi khi gió Tây khô nóng xuất hiện. Gió bão và mưa đá cũng xuất hiện, gây thiệt hại đến rừng và sản xuất, kinh doanh.
b. Hệ thống thuỷ văn
Trong khu vực có hai hệ thống sông chính là: Sông Phó Đáy ở phía Tây và Sông Công ở phía Đông. Đường phân thuỷ của hai hệ thống sông trên chính là dông núi Tam Đảo chạy từ Đèo Khế (Sơn Dương) đến Mỹ Khê (huyện Bình Xuyên). Hai hệ thống sông nói trên có nước quanh năm, lưu lượng nước nhiều, chảy mạnh về mùa mưa, còn mùa đông nước cạn. Mạng lưới sông suối hai sườn Tam Đảo dồn xuống hai sông chính như chân rết khá dày và ngắn, có cấu trúc dốc và hẹp lòng từ đỉnh xuống chân núi, lưu lượng nước lớn. Khi xuống tới các chân núi, suối thường chảy dọc theo các thung lũng dài và hẹp trước khi đổ ra vùng đồi và vùng đồng bằng. Đặc điểm này rất thích hợp cho việc xây dựng các đập chắn nước tạo hồ phục vụ cho đồng ruộng và xây dựng hồ thuỷ điện nhỏ. Mật độ suối trung bình 2km/100ha nhưng vào mùa mưa thường gây ra lũ quét, lũ ống, lở sạt đất do độ dốc cao và nền đá Sa thạch, Diệp thạch. Ngoài ra còn có một số hồ (Xạ Hương, Thanh Lanh, Làng Hà...) có tác dụng điều hòa khí hậu và tạo những cảnh quan đẹp.
Chế độ thuỷ văn được chia làm hai mùa rõ rệt: mùa lũ và mùa kiệt. Lũ lớn thường xảy ra vào tháng 8. Lũ thường tập trung nhanh và rút cũng rất nhanh. Sự phân phối dòng chảy rất khác biệt giữa hai mùa.