Les territoires palestiniens relèvent du domaine méditerranéen, avec un été chaud et sec et un hiver doux et pluvieux. Sur une distance très courte, le relief crée pourtant des ambiances contrastées, du littoral de Gaza aux crêtes de Cisjordanie et jusqu'à la dépression du Jourdain. Cette diversité explique des écarts marqués de température et de précipitations entre des localités séparées de quelques dizaines de kilomètres.
Le rythme annuel oppose une saison sèche qui s'étend approximativement de mai à octobre et une saison des pluies concentrée entre novembre et mars. Les précipitations tombent en épisodes brefs et parfois intenses, portés par des dépressions venues de Méditerranée orientale. Le printemps connaît le khamsin, vent chaud et chargé de poussière soufflant depuis le désert, qui provoque des hausses brutales de température.
La bande de Gaza bénéficie d'un climat littoral tempéré par la mer, avec une humidité relative élevée et des amplitudes thermiques modérées. Les montagnes de Cisjordanie, qui dépassent neuf cents mètres d'altitude autour d'Hébron et de Naplouse, connaissent des hivers nettement plus frais et des chutes de neige épisodiques. La vallée du Jourdain, située sous le niveau de la mer, présente à l'inverse un climat aride et très chaud, prolongé vers l'ouest par le désert de Judée.
A Jérusalem, la moyenne des maximales atteint environ vingt-neuf degrés en août, tandis que les minimales de janvier avoisinent six degrés, pour un cumul annuel de précipitations proche de cinq cent cinquante millimètres. Naplouse, installée à une altitude comparable, présente un profil voisin et compte parmi les zones les mieux arrosées du territoire. Jéricho, dans la vallée du Jourdain, dépasse fréquemment trente-huit degrés en juillet et reçoit une pluviométrie très faible. Gaza enregistre des maximales estivales proches de trente-trois degrés et un hiver doux, avec des cumuls annuels intermédiaires. Ces valeurs, issues de moyennes de longue période, varient sensiblement selon les stations retenues.
La rareté de l'eau constitue une contrainte structurelle, accentuée par la succession d'années déficitaires en précipitations. Les nappes de Cisjordanie et l'aquifère côtier de Gaza fournissent l'essentiel des ressources, ce dernier subissant une surexploitation et des intrusions d'eau de mer. Le partage de ces ressources reste encadré par les accords d'Oslo, dont les mécanismes sont critiqués par des organisations palestiniennes et internationales qui jugent la répartition déséquilibrée. Les volumes disponibles par habitant font l'objet d'estimations divergentes selon les sources. La guerre menée à Gaza depuis octobre 2023 a gravement endommagé les infrastructures de production et de distribution.