Kiribati connaît un climat équatorial océanique, chaud et humide toute l'année, tempéré par les alizés et par l'immensité du Pacifique. L'archipel s'étend toutefois sur plusieurs milliers de kilomètres, ce qui crée de fortes différences de pluviométrie d'une île à l'autre.
Les températures varient peu au fil de l'année. Les maximales tournent autour de 30 à 32 degrés, les minimales descendent rarement sous 25 degrés et l'eau de mer se maintient entre 28 et 29 degrés. Les relevés de Tarawa montrent une hausse régulière des températures depuis 1950.
Les précipitations constituent le principal facteur de différenciation entre les îles. Le nord des Gilbert, autour de Butaritari, reçoit des pluies abondantes, tandis que les atolls méridionaux du même groupe restent nettement plus secs. Tarawa enregistre environ 2 000 millimètres par an et Kiritimati un peu plus de 600 millimètres. Un courant océanique froid venu de l'est explique cette semi-aridité malgré la position équatoriale.
Le régime des pluies dépend étroitement de l'oscillation australe. Les épisodes El Niño apportent des pluies plus abondantes et des eaux plus chaudes, en particulier sur les îles de la Ligne. Les phases La Niña s'accompagnent au contraire d'un net déficit et provoquent les sécheresses les plus sévères. Le total annuel passe ainsi d'une centaine de millimètres lors des années les plus sèches à plusieurs milliers lors des plus humides.
L'eau douce provient presque uniquement des lentilles d'eau souterraines et de la récupération des eaux de pluie. Les sécheresses prolongées abaissent ces réserves et augmentent la salinité des puits. Les ménages recourent alors au rationnement et les cultures vivrières souffrent vite du manque d'eau.
Le pays se situe en dehors des principales zones de formation des cyclones tropicaux, qui restent rares au-dessus de l'archipel. Les îles subissent en revanche des houles engendrées à grande distance. Le passage du cyclone Pam en mars 2015 a provoqué des inondations et des dégâts sur plusieurs atolls.
Les mesures satellitaires indiquent une élévation du niveau de la mer de quelques millimètres par an depuis 1993. Les projections retiennent un réchauffement continu, une acidification de l'océan et des pluies extrêmes plus fréquentes. Ces évolutions pèsent lourdement sur un pays dont la quasi-totalité des terres se trouve à moins de trois mètres au-dessus du niveau de la mer.