De acuerdo a la clasificación climática de Köppen, el clima de Palma de Mallorca es semiárido en general, dándose especialmente el clima de tipo BSk (semiárido frío) aunque también se da el tipo BSh (semiárido cálido) en ciertos lugares, especialmente en la zona urbana y en la costa, donde la temperatura media puede superar ligeramente los 18°C. Además, también se da, en menor medida, el clima mediterraneo de tipo Csa en algunos lugares del municipio con mayor precipitación o menor temperatura media, especialmente en las afueras de la ciudad y en las zonas de mayor altitud. El clima está influido por dos tipos de circulación atmosférica que se manifiestan en dos estaciones bien diferenciadas: verano cálido y seco, con escaso gradiente de presión, y precipitaciones ocasionales como contraposición a un invierno húmedo y fresco. El mes más frío es enero, con 15,4/8,3 °C y el más caluroso agosto, con 29,8/22,5 °C. Existen precipitaciones durante aproximadamente 51 días al año y unas 2779 horas de sol. La temperatura media en verano es de 27 grados y en invierno de 14 °C. El mes más seco es julio, descendiendo hasta una media de 7,8 l/m², mientras que el más lluvioso es diciembre, con una media de 81,1 l/m².). La zona se encuentra resguardada del viento nórdico de la Tramuntana por montañas de más de mil metros de altura.
La variación térmica de sus aguas tiene una amplitud de en torno a 15 grados centígrados. Durante el invierno desciende hasta unos 13 °C. Las nevadas son ocasionales, siendo más frecuentes las heladas. A finales de la primavera se produce un calentamiento que eleva la temperatura un grado cada semana. Durante el verano existe una capa superficial de 25 cm que llega a calentarse por encima de los 25 grados (algo así como una termoclima).
A continuación se muestran los valores climatológicos en el periodo 1981-2010 (excepto las extremas, que están tomadas en el periodo indicado) de los dos observatorios de la AEMET situados en el municipio de Palma de Mallorca: el primero situado en el Puerto de Palma de Mallorca a 3 msnm y el segundo en el Aeropuerto de Palma de Mallorca a 8 msnm.
