气候异常寒冷、终年复盖冰雪，为寒带冰原气候，号称世界风库、寒极、干极。全洲年平均气温为零下25℃，内陆高原平均气温为零下56℃左右，极端最低气温曾达零下89.2℃，为世界最冷的陆地。全洲平均风速17.8米/秒，沿岸地面风速常达45米/秒，最大风速可达75米/秒以上，是世界上风力最强和最多风的地区。绝大部分地区降水量不足250毫米，仅大陆边缘地区可达500毫米左右。全洲年平均降水量为55毫米，大陆内部年降水量仅30毫米左右，极点附近几乎无降水，空气非常干燥，极地高气压长年盘据，水气少，但是因为气温长年在零度以下，所以积雪、积冰不化。有“白色荒漠”之称。

通过观察那里每年所结冰层的厚度可以了解地球大气层的污染情况。因为环绕南极洲大陆的强烈西风阻绝了臭氧层与外界交流平衡的机会，臭氧层在此地区冬春之交因阳光乍现促使空气中氟氯碳化物与臭氧分子结合，分解臭氧层，因此特别稀薄，紫外线强烈。自1980年代世界各地工业大量排放氟氯碳化物後情况加重。但一些学者另有看法，既然西风阻挡，工业国又主要在北半球，氟氯烃何以南极最多，而认为是地球磁场变弱和太阳风的杰作。