Exemplo da Caatinga na estação chuvosa .

O clima que reina atualmente na região do Parque Nacional se caracteriza por uma temperatura média anual elevada (28° C). O mês mais frio é junho, com temperatura média de 25°C, máxima de 35°C e mínima de 12°C. No sopé da Serra da Capivara as noites são mais frias, com mínimas próximas a 10°C. O início da estação das chuvas em outubro e novembro é o período mais quente do ano. A temperatura média é de 31°C, com máximas de 48°C e mínima de 22°C.

A estação das chuvas estende-se, geralmente, de outubro até a metade de abril ou início de maio, mas a chuva pode chegar mais tarde ou terminar mais cedo. As chuvas são, em geral, de curta duração e extremamente localizadas..

A irregularidade inter-anual das precipitações oscila entre 250,5 mm em 1932, ano de seca catastrófica e, 1.269 mm em 1974. Este último valor, o mais elevado registrado em 70 anos, é, entretanto, muito inferior aos 1.462,4 mm de evapo-transpiração potencial anual. A média das precipitações é de 689 mm com um desvio padrão de 200 mm.

Em São Raimundo Nonato, o balanço hídrico precipitações/evapo-transpiração potencial é ligeiramente excedente no mês de março. O balanço dos outros meses é negativo, com os déficits atingindo 115 e 119 mm respectivamente no início e no fim da estação seca.

As variações da umidade relativa do ar, no decorrer do ano, não são muito marcadas. Elas oscilam entre 80 e 90% durante a estação das chuvas e, 70% na estação seca, mas podem-se observar mínimas absolutas de 35% em agosto.

A característica principal desta região semi-árida é a irregularidade inter-anual das chuvas e suas repercussões.

A presença da caatinga está ligada à uma pluviosidade inferior a 1.200 mm e, a uma estação seca, de cinco a seis meses. Essas formações decíduas suportam temperaturas inferiores a 16°C nos meses mais frios.

O clima da região do Parque Nacional, caracterizado por uma probabilidade superior a 75% de precipitações inferiores a 900 mm e, menos de 3 meses, com precipitações superiores à evapo-transpiração potencial, situa-se no limite entre árido e semi-árido.