กรุงเทพมหานครตั้งอยู่ในเขตร้อน มีภูมิอากาศร้อนแบบทุ่งหญ้าสะวันนา ตามเกณฑ์การแบ่งภูมิอากาศโลกของวลาดีมีร์ เคิปเปิน คือ อุณหภูมิเฉลี่ยในเดือนที่มีอุณหภูมิต่ำสุดสูงกว่า 18 องศาเซลเซียส มีอย่างน้อย 1 เดือนที่ปริมาณน้ำฝนต่ำกว่า 60 มิลลิเมตร และเดือนที่มีฝนตกน้อยที่สุด จะมีปริมาณน้ำฝนน้อยกว่า 100 ลบปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยรายปี หารด้วย 25

อากาศของกรุงเทพมหานครได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ กลางเดือนพฤษภาคม-ตุลาคม และลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ เดือนพฤศจิกายน-กลางเดือนกุมภาพันธ์ ทำให้มีฝนตกในช่วงบ่ายถึงค่ำอย่างสม่ำเสมอ และยังก่อให้เกิดร่องมรสุมพาดผ่านในเดือนพฤษภาคมกับเดือนกันยายน ซึ่งทำให้มีฝนตกหนักกว่าปกติ แต่ในช่วงเดือนมิถุนายน-กรกฎาคม ร่องมรสุมนี้จะเลื่อนขึ้นไปพาดผ่านทางเหนือ ทำให้ฝนตกน้อยลง เดือนพฤศจิกายน เมื่อซีกโลกเหนือหันออกจากดวงอาทิตย์ หย่อมความกดอากาศสูงจากประเทศจีนจะแผ่ลงมา มรสุมตะวันออกเฉียงเหนือซึ่งพัดเอาความแห้งแล้งและหนาวเย็นมา ทำให้อากาศเย็นและแห้ง ท้องฟ้าแจ่มใส ไม่มีเมฆและฝนตกน้อย ครึ่งหลังของเดือนกุมภาพันธ์ มรสุมตะวันออกเฉียงเหนือจะอ่อนกำลังลง เป็นการเปลี่ยนเข้าสู่ฤดูร้อน อากาศจะร้อนขึ้นเรื่อย ๆ กระแสลมในช่วงนี้จะพัดมาจากทางใต้ หรือตะวันออกเฉียงใต้ เรียกว่าลมตะเภา

ในวันที่ 27 หรือ 28 เมษายนของทุกปี ดวงอาทิตย์จะส่องตั้งฉากกับกรุงเทพมหานครพอดี ทำให้ได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์อย่างเต็มที่ และมักคาดการณ์กันว่าเป็นวันที่อากาศร้อนที่สุดของปี อุณหภูมิสูงสุดที่เคยบันทึกได้คือ 40.8 องศาเซลเซียส ที่ท่าอากาศยานดอนเมือง เมื่อวันที่ 22 พฤษภาคม พ.ศ. 2526 ส่วนอุณหภูมิต่ำสุดที่เคยวัดได้คือ 9.9 องศาเซลเซียส ที่ศูนย์ประชุมแห่งชาติสิริกิติ์ เมื่อวันที่ 12 มกราคม พ.ศ. 2498