Пустынная зона занимает юг Прикаспийской низменности. Климат пустыни аридный и резко континентальный, с жарким сухим летом, холодной малоснежной зимой. Объясняется это большой изолированностью от океанов. Каспийское море не оказывает смягчающего влияния; наоборот, само находится под воздействием сухих континентальных воздушных масс.
Характерной особенностью климата является незначительное количество атмосферных осадков (150— 180 мм в год), большая часть которых приходится на весеннее время. Летом в течение 2—3 месяцев они почти отсутствуют. Снежный покров маломощный — до 10 см, его продолжительность 2—2,5 месяца.
Ранней весной в почву пустынь влага проникает на незначительную глубину — не более чем на 50 см. В этот период развивается эфемеровая растительность и наиболее заметно протекают процессы почвообразования.
Температурный режим носит своеобразный характер. Летние температуры здесь очень высокие: средняя июля составляет +25—27° С, максимальная достигает + 45°С. Почва раскаляется до +70°С. Независимо от южного положения пустыни, зимние температуры в ней довольно низкие: средняя январская в районе Астрахани составляет —7—8°С, а в восточных районах опускается до —10—12° С и ниже. Морозы иногда здесь достигают 30—35° С и более. Низкие температуры в пустыне обусловлены влиянием в зимнее время Восточносибирского и Центральноазиатского антициклонов. Годовые амплитуды температуры свыше 80° С.
Амплитуда суточных температур составляет 25—30° С, а на поверхности - 40° С и более. Среднегодовая температура +13 — 14° С.
В связи с сухостью климата и высокими температурами в летнее время для пустыни характерна интенсивная испаряемость (до 1500—1700 мм в год) и большой дефицит влажности. Относительная влажность воздуха составляет всего лишь 35%, а во время суховеев и пыльных бурь она падает до 10—5%. Количество ясных дней в году достигает 50%, вегетационный период превышает 200 дней.