山东省气候温和，雨量集中，四季分明，属于暖温带季风气候。夏季盛行偏南风，炎热多雨，冬季多偏北风，寒冷干燥；春季天气多变，干旱少雨多风沙；秋季天气晴爽，冷暖适中。
一、气温
全省年平均气温基本遵循由西南向东北递减的分布规律，但地区差别不大，多数都在13℃左右。济宁、菏泽的南部地区和济南、枣庄都在14℃以上，其中济南14.7℃，是全省年平均气温最高的地方；半岛的丘陵地区年平均气温都比较低，一般为11.4～11.9℃；鲁北和丘陵地区以外的半岛地区基本在12.0～12.9℃之间；其它地区一般为13.0～13.9℃。1月全省各地的平均气温都在0℃以下，为全年最低。鲁北和山东半岛内陆是全省气温最低的区域，一般在-3℃左右；半岛的东部和南部沿海地区以及鲁南一般在-1.0～-0.2℃之间，是全省的高值区；其它地区多数都在-2.0～-1.0℃。夏季太阳辐射最强，各地夏季气温最高。7月是内陆地区气温最高的月份，而半岛的东部和南部沿海受海洋气候的影响，8月的气温才达到全年最高。8月全省各地的平均气温在21.5～27.5℃之间。济南、淄博、济宁及菏泽的以南地区的平均气温都在27℃以上；潍坊、莱芜和临沂的大部及以西地区的气温都在26～27℃之间；半岛的东南沿海一般在21.5～25.0℃，其它地区多数为25～26℃。济南7月的平均气温仍然高居全省榜首，为27.5℃。从1月至7月，气温逐渐升高。8月以后，各地气温逐月下降。
除了成山头和泰山外，全省各地都可以出现≥35℃的高温。全省高温日数大致从西往东，从北到南递减。鲁西北和鲁西南地区最多，多数在10～11天，其中济南和高青县最多，年平均12天；半岛东部地区最少，一般在2天以下；鲁中山区、鲁东南和半岛的中西部地区多在2～6天之间；其它地区一般为7～9天。
各地均可出现日最低气温≤－10℃的低温天气。全省低温日数差异很大，以鲁北、鲁中山区北部和半岛的内陆地区最多，年平均在12～20天之间，其中泰山平均47天，稳居全省之首；沿海地区和鲁南地区的低温日数一般在2～4天，河口、长岛、成山头、威海、烟台、青岛和日照等站点最少，仅有1天；其它地区一般为5～10天。
山东无霜期一般为174～260天，其分布规律是南部多于北部，平原多于山地，沿海多于内陆。鲁南、鲁西南及鲁西北平原和沿海地区在200天以上，鲁中山区和半岛中部少数地区在200天以下。
二、降水量
山东省大部分地区年平均降水量在600～750mm之间，其分布特点是南多北少。泰山的年平均降水量达到了1042.8mm，是全省降水最丰富的地方。临沂和枣庄的南部地区降水量在800～848mm之间，是全省降水最多的区域，最多的临沭达848mm；鲁东南的大部分地区和半岛的东南部为700～800mm；鲁中山区、鲁西南及半岛的大部分地区降水量一般在600～700mm之间；鲁西北和半岛北部降水较少，一般都在600mm以下，降水最少的是黄河以北的地区，多数不足550mm，其中武城是全省降水量最少的地方，只有508.6mm。
山东各地年降水日数基本遵循从西北向东南递增的规律。鲁西北地区较少，多数在65～70天，宁津最少，只有62.7天；鲁东南和半岛的东部地区是降水日数最多的区域，一般在80～90天之间，其中文登最多，为90.9天；其它地区多数都在70～80天。泰山年平均降水日数高达95.1天。
三、日照
山东年平均日照时数的分布和云量的分布规律相反，从南往北增多，大致呈西南－东北走向，全省变化范围为2200～2800小时。半岛的中东部和鲁北的大部分地区在2600～2800小时之间；鲁南最少，多数在2200～2400小时之间变化，其它地区多在2400～2600小时之间。蓬莱以2807小时居全省之首，鲁西南的成武只有2148小时，是全省最少，也是唯一不足2200小时的站点。