Das Tübinger Klima bewegt sich etwa im Durchschnitt Baden-Württembergs. Die mittlere Jahrestemperatur beträgt 8,7 °C und liegt damit ungefähr in der Mitte zwischen den Werten der klimatisch begünstigten Städte im Rheintal (z. B. Karlsruhe: 10,3 °C) und den kalten Orten auf den Hochflächen (z. B. Villingen-Schwenningen: 6,7 °C). Auch die im langjährigen Mittel gemessene jährliche Niederschlagsmenge von 741 mm liegt etwa im Durchschnitt der Werte anderer Städte in Baden-Württemberg (z. B. Stuttgart: 679 mm / Freiburg im Breisgau: 954 mm).

Der regelmäßig wärmste Monat in Tübingen ist der Juli mit einer Durchschnittstemperatur von 18 °C, der kälteste der Januar mit einem Durchschnitt von −0,7 °C. Mit mittleren 101 mm fällt der meiste Regen im Juni. Die regenärmsten Monate sind der März und der Dezember mit einem langjährigen Durchschnitt von 39 mm. Trotz der Lage Tübingens am Neckar tritt Nebel relativ selten auf.

Das Stadtklima ist stark durch die zahlreichen Erhebungen geprägt. So ist es im Winter keine Seltenheit, dass die am Neckar gelegenen Stadtteile völlig schneefrei sind, während die Höhenlagen eine geschlossene Schneedecke aufweisen. Auch die Lage der Hänge hat klimatische Auswirkungen. So ist beispielsweise der Südhang des Spitzbergs ausgesprochen warm und artenreich, während die Nordseite wesentlich kälter ist und nur einen Bruchteil der biologischen Vielfalt der Südseite aufweisen kann.