Природные условия НАО зависят, прежде всего, от географического положения. Характерными признаками являются:
- чередование полярного дня и полярной ночи и связанное с этим неравномерное распределение тепла и света в течение года;
- малые величины годового радиационного баланса;
- дефицит тепла и преобладание осадков над испарением;
- значительная продолжительность холодного периода года с длительным залеганием снежного и ледяного покровов;
- наличие многолетнемёрзлых пород;
- зависимость биоты от физико-географических условий;
- ограниченное число видов животных и растений;
- пониженная активность геохимических и биологических процессов;
- пониженная способность к самовосстановлению и самоочищению.

Большая протяжённость территории НАО определяет разнообразие климата. Северная часть имеет субарктический морской климат, а южная – умеренно-континентальный. Причём, континентальность его увеличивается по мере продвижения в глубь материка с севера на юг и с запада на восток.

Климат округа формируется под влиянием трёх основных взаимодействующих факторов: радиационного – приход и расход солнечного тепла на земной поверхности и в атмосфере; циркуляционного – движение воздушных масс (морского или континентального происхождения); вертикального теплообмена и влагообмена в атмосфере, в подстилающей поверхности (верхний слой почвы, растительный покров, верхний слой воды, снежный покров, ледяной покров на море и т.д.) и между ними.

Ведущую роль в формировании климата играет радиационный процесс. В весенние и летние месяцы территория получает солнечную энергию в виде тепла и света. Севернее Полярного круга с середины мая и почти до конца июля солнце не заходит за горизонт. На юге округа в это время продолжительность дня значительно превышает продолжительность ночи. Здесь наблюдаются белые ночи. Большое количество тепла расходуется весной на таяние снега и льда, на прогревание и оттаивание почвы, на прогревание холодных масс арктического воздуха, на испарение, а также поглощается облачностью. Солнечная радиация присутствует от 6 до 7 месяцев, с октября по март радиационный баланс отрицательный. Среднегодовая продолжительность солнечного сияния в Нарьян-Маре около 1350 часов.

В зимние месяцы солнце над горизонтом стоит низко. В это время на севере наблюдается полярная ночь, на юге сокращается долгота дня. Приток солнечной радиации в этот период года незначительный, но и он тратится на излучение и отражение от снега. Поэтому земная поверхность сильно охлаждается.

Формирование климата происходит под влиянием воздушных и водных масс, поступающих из Северной Атлантики, Арктического бассейна и с материка. Зимой и осенью здесь преобладают ветра с южной составляющей, летом – северные и северо-восточные.

Характерной особенностью климата НАО является частая смена воздушных масс, вследствие чего погода в течение года неустойчивая. Циклоны со стороны Атлантического океана и из западных районов Баренцева моря приносят пасмурную погоду с осадками, теплую зимой и прохладную летом.  Прохождение циклонов часто сопровождается сильными ветрами. Циклоничность летом ослабевает, а осенью и зимой усиливается. В тыл циклонов, проходящих через округ, часто вторгается холодный воздух, идущий из Арктики к югу, который в любое время приводит к резким похолоданиям. Такое вторжение обычно сопровождается шквалистыми ветрами, а иногда ливневыми кратковременными осадками. В начале лета арктические воздушные массы, проникая вглубь материка, нередко вызывают заморозки в воздухе и на земной поверхности. Большие массы воздуха в виде обширных антициклонов чаще всего обуславливают ясную или малооблачную погоду. Однако в зимнее время антициклоны иногда формируются над льдами Карского моря и, перемещаясь к юго-востоку, несут на всю территорию округа низкие температуры воздуха. Аналогичные антициклоны формируются над Западной Сибирью. Нередко они проникают на север европейской территории России, принося с собой сухую морозную погоду зимой и жаркую – летом.

На климате прибрежных районов влияют морские дрейфующие льды и течения. На западе сильное отепление оказывает одна из ветвей Гольфстрима, в результате чего морев районе п-ва Канин и Чешской губы  почти не замерзает зимой. Частые оттепели на побережье способствуют образованию наста. Заметно снижают температуру воздуха летом в Печорском море, у о.Вайгач и Югорского п-ва крупные поля льда, выносимые холодным течением из Карского моря.