Il Piemonte è caratterizzato da tre tipi di clima: quello di tipo alpino, quello di tipo padano e quello periferico pedemontano. La regione ha un clima tipicamente temperato (a carattere sub-continentale), che sulle Alpi diventa progressivamente temperato-freddo o freddo salendo di quota. Nelle zone situate a bassa quota gli inverni sono freddi ed umidi (spesso si formano nebbie fitte) ma poco piovosi; le estati invece sono calde ed afose ma con possibilità di forti temporali, specie nelle zone a nord del Po. Le piogge cadono prevalentemente in primavera ed autunno sulla maggior parte del territorio, ed in estate nelle zone alpine più elevate ed interne: le quantità annue sono notevoli sui versanti montani e pedemontani del nord della regione, mentre sono più scarse sulle pianure a sud del Po (specie in provincia di Alessandria).
Sulla piovosità ha molta influenza la direzione di provenienza delle masse d'aria. Se esse sono umide e provengono da sud, sud-est o est la catena alpina sbarra loro la strada (si tratta del fenomeno detto "stau"): in tal caso le precipitazioni possono anche essere molto abbondanti, specie sui primi versanti montani, e talvolta provocare alluvioni. Nel caso invece le correnti d'aria provengano da nord, nord-ovest oppure ovest, l'umidità si scarica sul versante esterno delle Alpi: in tal modo l'aria che raggiunge la regione è asciutta, e possono succedersi diversi giorni senza pioggia (se non settimane); inoltre sulle zone montane e pedemontane (specie in provincia di Torino) diventano frequenti i fenomeni di foehn (vedi Ondata di caldo del 19 gennaio 2007). La neve d'inverno è una meteora relativamente frequente, stante l'effetto catino delle Alpi e dell'Appennino, maggiore a sud-ovest, che rende difficile il ricambio d'aria e d'inverno favorisce l'accumulo di un cuscinetto di aria fredda al suolo
Tuttavia, essendo la regione chiusa agli influssi marittimi, generalmente predomina un clima di tipo continentale, con forti escursioni termiche, sia giornaliere sia annue. Gli inverni sono freddi e asciutti, le estati sono fresche sui rilievi e piuttosto calde nelle pianure. Durante i mesi invernali e autunnali in pianura si formano banchi di nebbia anche molto densi.
La temperatura media annua in pianura si aggira sugli 11-12 °C (a Torino si passa da 1 °C di media invernale a 22 °C di media estiva; ma si sono registrate anche minime invernali di -19 °C e massime estive di 35 °C); è inferiore a 0 °C alle quote più elevate. In certe zone, particolarmente rinserrate, il limite delle nevi perenni è inferiore ai 2.000 metri. Tuttavia è interessante il fatto che le conche alpine più ampie hanno medie invernali pressoché eguali a quelle delle località di pianura e medie estive non molto diverse; anzi non è infrequente che, tra i centri abitati, i minimi assoluti si registrino proprio in pianura.
Bardonecchia, posta a 1.316 m di quota, ha la stessa media invernale della padana Vercelli, cioè circa 1 °C, con minime di -15 °C; le rispettive medie estive sono di 17 °C e di 24 °C. Ma, nonostante la sua altitudine, Bardonecchia ha toccato un vertice estivo massimo di 37 °C, mentre Casale Monferrato ha raggiunto un minimo di -20 °C.
Sulle rive del Lago Maggiore è presente un microclima particolare, con inverni più miti che nel resto della regione.
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