黄土高原地处暖温带、中温带两个热量带，自东向西横贯半湿润、半干旱两个干湿区。高原东部、南部属于暖温带半湿润区，中部属于暖温带半干旱区，西部和北部属于中温带半干旱区。黄土高原的气候既受经、纬度的影响，又受地形的制约，具有典型的大陆季风气候特征。黄土高原区域水系以黄河为骨干，发源于黄土高原的河流较多，约有200条，较大的有洮河、祖厉河、清水河、黄甫川、窟野河、无定河、北洛河、渭河、沁河、汾河等。
