气候因素是影响河流发育最重要最基本的因素。它包括降水、气温和蒸发等要素，其中以降水最主要。
中国大部分地区属于东亚季风区，东南季风带来的暖湿气团与北方的干冷气团交绥，形成锋面雨带。这条雨带接近东西方向，每年4、5月间，从华南向北方推移，7、8月份到达黄河流域和东北地区，9月份开始向南迅速退缩，10月份以后退出大陆。锋面雨带的推移是影响中国降水分布的主要天气系统，在它的支配下，降水量从东南沿海向西北内陆逐渐减少，而且集中在夏季，冬季较少。这就使中国河川径流量也具有从东南向西北递减，夏季为洪水期，冬季为枯水期的基本特点。降水量多，有利于河网发育，因此河网密度也具有从东南向西北递减的规律。
由于中国主要河流都是东西向的，与锋面雨带相平行，因此，当雨带移至或停滞在某一河流流域时，往往上、中、下游同时接受大量雨水，使河流水量迅速增加，造成洪水猛涨的现象。而雨带移走以后，全流域同时减水，又形成明显的枯水期，从而使中国河流水量的年内分配很不均匀，洪、枯水流量相差悬殊。
此外，西南季风、台风和低气压活动，也是影响中国局部地区降水的重要因素。西南季风是影响西南纵谷河流的主要天气系统，一年四季气温较高，但旱季和雨季明显，河川径流集中在夏秋两季，春季最枯。夏末秋初，台风袭击东南沿海地区造成台风雨，使中国东南部的河流水量更为丰沛。夏秋季节，太行山、秦岭等地低气压（气旋）活动频繁，形成急骤暴雨，不仅使黄河、海河等河流洪水猛涨，并且对流域内地表的侵蚀强烈，把大量碎屑物质带入河流，使这一地区的河流成为著名的多沙河流。
青藏高原北部及西北内陆地区，因离海很远，又有高山阻挡，东南和西南季风都不能到达，故属非季风气候区，降水量很少，所以河流水量、河网密度都很小，使绝大部分河流成为内流河。造成内流区的原因，地形因素是一个方面，但降水量太少则是根本的原因。
气温对中国河流的影响也是广泛的，影响的深刻程度，西部大于东部，北方大于南方。中国西部高原、高山区的河流，多以永久性冰雪融水补给为主，河川径流的变化，几乎完全服从于气温的变化。北方地区纬度较高，太阳辐射较弱，冬季气温低，以降雪为主，所以北方河流有封冻和春汛现象。气温对南方的影响，主要通过蒸发起作用。尤其在盛夏季节，华南、华中地区受副热带高压控制，高温少雨，蒸发强烈，使河流水量减少。