Valence bénéficie d'un climat tempéré dont la principale caractéristique est un vent presque permanent qui souffle le long du couloir rhodanien. Baptisé mistral lorsqu'il vient du nord, il apporte beau temps et fraîcheur en été, mais une impression de froid glacial en hiver. Lorsqu'il provient du sud, il annonce généralement l'arrivée de perturbations pluvieuses. Il s'appelle alors le vent du midi ou le vent des fous car pour certaines personnes, il rend l'atmosphère pénible à supporter, surtout en été.

C'est réellement à partir de Valence que l'on ressent l'influence du climat méditerranéen avec un ensoleillement annuel élevé (environ 2300 heures/an). Les hivers sont frais et lumineux, ce qui fait de la ville un carrefour climatique entre influences continentales et méditerranéennes. L'amplitude thermique est donc forte . Ainsi, la température moyenne du mois le plus froid (janvier) est de 4°C. A contrario, les étés, typiquement méditerranéens, sont chauds et secs. La température moyenne du mois de juillet est de 22°C.

La pluviométrie annuelle est assez élevée : environ 900mm par an . Les pluies sont particulièrement importantes en Mai et en automne (en Octobre, la pluviométrie mensuelle est de plus de 100mm).

La végétation change au sud du 45e parallèle. En venant du nord, les premières garrigues et chênaies vertes méditerranéennes sont ainsi visibles à partir de Valence (colline de Crussol). L'olivier, un peu moins rustique, n'apparait véritablement qu'au niveau de Montélimar.

Le climat est plutôt de type continental à influence méditerranéenne au Nord de Livron et plus généralement au Nord de la Drôme (le fleuve) . Le climat est plutôt méditerranéen à influence continentale entre Livron et Montélimar . Le climat devient méditerranéen au Sud de Montélimar . Le climat est plutôt montagnard à l'Est .

Il existe 2 types de vent principaux : le mistral (vent du Nord) et le marin (vent de Sud) . Le mistral assèche l'air tandis que le marin ramène de l'air doux et humide de Méditerranée . Ces vents peuvent être violents notamment en vallée du Rhône .

La pluviométrie annuelle est assez importante : environ 850 à 950mm pour les stations météo de plaine . Les pluies sont assez bien réparties sur les 12 mois de l'année au Nord et prennent de plus en plus d'importance en automne tout en devenant de plus en plus rares l'été en allant vers le Sud .

On compte environ 20 jours avec chutes de neige en moyenne sur le Nord de la Drôme (bien plus en montagne) et de moins en moins en allant vers le Sud (10 jours avec chutes de neige à Montélimar). Les épisodes neigeux importants (>10cms au sol) ne sont pas rares en vallée du Rhône et même ces dernières années : Janvier 2006 (par 2 fois) , Avril 2005 , Janvier 2003 , Février 2001 , Novembre 1999 , Janvier 1997 , Décembre 1996 , etc ...

La Drôme est un des départements les plus foudroyés par les orages avec le Vaucluse et l'Ardèche . Les orages peuvent être intenses surtout en automne mais également ponctuellement en été (205mm tombés en 2h lors d'un orage isolé à Montélimar le 20 Septembre 1982) en cas de flux d'Est avec un peu d'air frais en altitude.

L'amplitude thermique est importante : 4°C environ de température moyenne sur la moitié Nord du département en Janvier contre 22°C environ pour Juillet ; 5°C environ de température moyenne sur la moitié Sud du département en Janvier contre 23°C environ en Juillet .

Courbes de température et précipitation dans le Valentinois en 1990 : Chatuzange-le-Goubet, Livron, Valence