A individualidade do Douro deve-se à sua localização, sendo grande a influência que exercem as serras do Marão e de Montemuro, servindo como barreira à penetração dos ventos húmidos de oeste. Situada em vales profundos, protegidos por montanhas, a região caracteriza-se por ter invernos muito frios e verões muito quentes e secos.

A precipitação, distribuída assimetricamente, varia com regularidade ao longo do ano, com valores maiores em Dezembro e Janeiro (nalguns locais em Março), e com valores menores em Julho ou Agosto. Nos meses mais chuvosos, a precipitação tem valores entre 50,6 mm (Barca d'Alva - Douro Superior) e 204,3 mm (Fontes - Baixo Corgo); nos meses menos chuvosos, os valores de precipitação oscilam entre 6,9 mm (Murça - Cima Corgo) e 16,2 mm (Mesão Frio - Baixo Corgo). Em termos de valores anuais, estes variam entre 1 200 mm (Fontes) e 380 mm (Barca d'Alva), podendo dizer-se que a quantidade de precipitação decresce de Barqueiros até à fronteira espanhola.
  A exposição ao sol, factor fisiográfico de grande importância na caracterização climática de qualquer região, reveste-se no Douro de redobrado interesse já que permite uma melhor compreensão do comportamento da vinha nas diferentes situações. A margem norte do rio está sob a influência de ventos secos do sul, estando a margem sul exposta aos ventos do norte, mais frios e húmidos, e a uma menor insolação. A temperatura do ar é mais alta nos locais expostos a sul do que nos locais expostos a norte. As temperaturas médias anuais variam entre 11,8 e 16,5 ºC. Os valores máximos das temperaturas médias anuais distribuem-se ao longo do Rio Douro e dos vales dos seus afluentes, em especial os da margem direita (nomeadamente rio Tua e ribeira da Vilariça). Relativamente às amplitudes térmicas diurnas e anuais, verifica-se que têm maior valor em Barca d'Alva e menor valor em Fontelo, facto que é explicado pela distância ao mar.