孝义市境内的气候受季风环流、地理纬度和海拔高度的影响，一年四季分明，是典型的暖温带季风气候。冬季受蒙古冷高压的控制，多偏北和西北气流，气候寒冷少雪；夏季受太平洋副热带高压影响，多偏南和东南气流，气候炎热，雨量较集中；春季受冬夏季风气团交替控制，气候多风干旱，变化明显；秋季受蒙古高压气团南移的影响，天高气爽，多为晴朗天气，偶有阴雨连绵日。
孝义市境内1992—2010年的平均气温为10.7℃，年平均最低气温9.5℃。由于厄尔尼诺和温室效应的影响，气候温度明显升高。由于地势不同，海拔高度的差异，各乡镇无霜期差异很大。杜村乡神江沟只有140天，市区则有206天。
境内年平均降水量为428.8毫米。降水以小雨最多，中雨主要集中在5—9月份，大雨、暴雨出现次数较少，一般都集中出现在6—8月份。
境内属季风区，主导风向偏西风，年平均风速2.7米/秒。一年之内风力最大的月份为1月份，平均风速4.1米/秒，风力最小的月份为8月份，平均风速2.0米/秒。全年平均大风（7级以上）日数为9天左右，且多出现在春季。从季节来看，冬季半年多西北风，夏季半年则以东南风较盛。
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