Οι επιπτώσεις της τοπογραφίας στο κλίμα οποιασδήποτε δεδομένης περιοχής είναι ισχυρές. Οι οροσειρές δημιουργούν φραγμούς που αλλάζουν τα μοτίβα ανέμων και βροχοπτώσεων. Τοπογραφικά χαρακτηριστικά όπως στενές φαράγγες κατευθύνουν και ενισχύουν τους ανέμους. Τα βουνά και τα οροπέδια εκτίθενται στις ψυχρότερες θερμοκρασίες των ψηλότερων υψομέτρων. Η προσανατολισμός των βουνών προς τον ήλιο δημιουργεί διακριτικά μικροκλίματα σε περιοχές όπως οι Άλπεις, όπου ολόκληρες χωριά παραμένουν στη σκιά για το μεγαλύτερο μέρος του χειμώνα.
Τα βουνά παίζουν σημαντικό ρόλο στα μοτίβα βροχοπτώσεων. Τα τοπογραφικά φράγματα όπως βουνά και λόφοι αναγκάζουν τους επικρατείς ανέμους να ανεβαίνουν και να περνούν πάνω από τις κλίμακές τους. Καθώς ο αέρας ανεβαίνει, ψυχράνει. Ο ψυχρότερος αέρας είναι ικανός να κρατήσει λιγότερο υγρό ατμό από τον ζεστότερο αέρα. Καθώς ο αέρας ψυχράνει, αυτός ο υγρός ατμός αναγκάζεται να πυκνωθεί, καταθέτοντας βροχή ή χιόνι στους ανεμόδρομους πλάγιους. Τα βουνά στη Δυτική Ηνωμένες Πολιτείες όπως τα Sierra Nevada παγιδεύουν την υγρασία που ταξιδεύει από τον Ειρηνικό Ωκεανό στις δυτικές τους πλευρές, όπου αλλιώς θα могла να περάσει εμποδισμένη. Αυτό δημιουργεί ένα φαινόμενο γνωστό ως «rainshadow» στις υπολειψόμενες (προστατευόμενες) πλευρές τους, όπου ο αέρας περιέχει πολύ λίγη υγρασία. Οι περισσότερες από τις μεγάλες μεσογειακές ερήμους του κόσμου βρίσκονται σε rainshadows.
Οι οροσειρές φραγμών δημιουργούν και κατευθύνουν περιφερειακούς ανέμους, ένα σημαντικό στοιχείο του κλίματος. Καθώς ο αέρας κατεβαίνει τους υπολειψόμενους πλάγιους, συμπιέζεται, γίνεται πιο πυκνός και ζεστός. Μπορούν να προκύψουν ισχυροί ἄνεμοι, όπως οι ισχυροί και απρόσμενοι ζεστοί Chinook άνεμοι που ρέουν στην ανατολική πλευρά των Rocky Mountains. Στις αρκτικές περιοχές, εξαιρετικά πυκνός ξηρός αέρας τραβιέται από τις άκρες των παγετώνων από τη βαρύτητα. Αυτοί οι βιαστικοί άνεμοι ονομάζονται καταβατικοί ή βαρυτικοί άνεμοι. Οι διαβάσεις βουνών λειτουργούν επίσης ως φυσικοί λεβηδοειδείς αυλώνες και αυξάνουν την ταχύτητα του ανέμου. Στην Καλιφόρνια, οι άνεμοι Santa Ana που φυσούν από τις ερήμους ενισχύονται από αυτές τις διακοπές. Ο άνεμος φυσάει πιο δυνατά όταν αναγκάζεται από την τοπογραφία μέσω στενής ανοίγματος, και πολλοί ανεμοπάρκοι μπορούν να βρεθούν σε αυτές τις τοποθεσίες.
Η γη σε ψηλότερες υψομέτρειες, όπως βουνά ή οροπέδια, είναι φυσιολογικά ψυχρότερη λόγω φαινομένου γνωστού ως περιβαλλοντική ρυθμός κλίσης. Πρώτη παρατηρήθηκε από τον εξερευνητή και φυσιολάτρη Alexander von Humboldt, ο αέρας ψυχράνει 3.5 βαθμούς Fahrenheit για κάθε 1.000 πόδια αύξησης υψομέτρου. Αυτό είναι ισοδύναμο με ταξίδι εκατοντάδες μίλια βορρά, και δημιουργεί ένα σύνθετο κλίμα υψομέτρους με μεγάλη ποικιλότητα. Στο Νότιοδυτικό της Αμερικής, οι ερήμους βρίσκονται στη βάση βουνών που κορωνίζονται με μεγάλα δάση Ponderosa πεύκων λόγω των επιπτώσεων της υψομέτρου.
Η προσανατολισμός των κλιμάκων σε σχέση με τον ήλιο έχει βαθιά επίδραση στο κλίμα. Στην βόρεια ημισφαίριο, οι νότιοι πλάγιοι είναι πιο ηλιοβαμμένοι και υποστηρίζουν τελείως διαφορετικές οικολογικές κοινότητες από τους βόρειες πλάγιους. Η νότια πλευρά ενός βουνού μπορεί να ζει ημερινές συνθήκες εβδομάδες ή ακόμα και μήνες νωρίτερα από τη βόρεια πλευρά του. Όπου υπάρχουν χιόνια ή παγετώνες ολόκληρο το χρόνο, αυτά θρέφονται από τη σκιά που παρέχουν οι βόρειες και δυτικές κλίμακες. Σει ορεινές περιοχές όπως οι Άλπεις στην Ευρώπη, ολόκληρες χωριά μπορεί να βληθούν στη σκιά για μήνες χειμώνα, για να εμφανιστούν ξανά στην άνοιξη. Σε τέτοιες κοινότητες, είναι συνηθισμένο να υπάρχει γιορτή για να σηματοδοτηθεί η επανεμφάνιση του ήλιου.
