وفي فصل الشتاء الشمالي تسود في هذا النطاق الرياح التجارية الشمالية الشرقية حتى خط عرض ١٢ ْشمالًا وتمنع هذه الرياح وجود أي كتل هوائية رطبة في المنطقة وفيما عدا الطرف الشمالي من الصحراء الكبرى فإن بقية الإقليم تسود به أحوال الجفاف، وتسقط بعض الأمطار الشتوية في الأطراف الشمالية من الصحراء الكبرى متأثرة بنظام البحر المتوسط.
وفي فصل الصيف الشمالي يحدث العكس ويصبح الطرف الشمالي من الصحراء الكبرى عديم المطر، بينما الطرف الجنوبي ينال بعض الأمطار المرتبطة بمنطقة الضغط المنخفض الاستوائي التي تتحرك نحو الشمال في يولية، فكمية المطر في مدينة تمبكتو Timbuktu على الحد بين الصحراء الكبرى والإقليم السوداني عند خط عرض ٢٠ ْشمالًا ٢٢.٥ ْسم سنويًّا يسقط منها ٨.٨ سم في شهر يولية وحده أما الجزء الممتد بين خطي عرض ٢٨ ْ، ١٨ ْشمالًا فكمية المطر السنوي به لا تزيد عن ٥ سم، ويلاحظ أيضًا أن نسبة السحب منخفضة جدًّا فوق الصحراء الكبرى في معظم الفصول، وذلك فيما عدا ساحل المحيط الأطلسي حيث تسود به السحب من النوع السمحاق المنخفض أثناء فصل الصيف.
ويساعد انخفاض نسبة الرطوبة في الهواء المداري القاريCT الذي يسود في إقليم الصحراء الكبرى على ارتفاع درجات الحرارة أثناء النهار ارتفاعًا شديدًا وتنخفض درجات الحرارة أثناء الليل ولذلك فالمدى الحراري اليومي كبير، ومتوسط الحرارة في شهر يناير يصل إلى حوالي ١٨ ْم، أما فصل الصيف فتسود به درجات حرارة مرتفعة تكاد تكون أعلى درجات حرارة في العالم كله، فمتوسط حرارة الصيف حوالي ٤٨ ْم، بل إن درجة حرارة بلدة العزيزية في جنوب ولاية طرابلس قد وصلت إلى ٥٦.٥ ْفي خلال فصل الصيف وهي أعلى درجة حرارة تم تسجيلها في أي مكان في العالم، هذا بالإضافة إلى هبوب العواصف الرملية من نوع الهرمطان.
أما الكتل الجبلية المرتفعة في وسط الصحراء الكبرى مثل جبال الأحجار وتبستي فمناخها من نوع الاستبس وتسقط بها أمطار تنتج عن عمليات التصعيد