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모스크바는 대서양에서 불어오는 온화한 서풍의 영향을 받는 대륙성기후를 나타낸다.

강수량은 연평균 582㎜로 적당한 편이며 7월을 정점으로 여름에 최고치를 기록한다. 강수량 가운데 상당량을 차지하는 눈은 통상 10월 중순에 내리기 시작하여 보통 4월 중순까지 계속된다. 따라서 겨울은 길고 어둡다. 북극지방에서 북풍이 불어오면 기온이 떨어짐과 동시에 상대습도가 낮은 쾌청한 날씨를 보이기도 한다. 12~2월은 연중 가장 건조한 기간이다. 1월평균기온은 －10℃이지만 변화의 폭이 커서 최저 －42℃를 기록한 적도 있다.

겨울이 길고 봄은 상대적으로 짧으며 4월말부터는 기온이 크게 올라간다. 여름은 따뜻하며 그중 평균기온이 18℃인 7월이 가장 따뜻한 달이지만, 역사상 최고 기온이었던 37℃는 8월에 기록된 것이다. 여름에는 비가 자주 오며 짧은 시간에 많은 양이 천둥번개를 동반하여 쏟아지는 것이 특징이다. 가을도 봄과 마찬가지로 짧으며 기온이 급격하게 떨어진다.

1950년대말까지 대기오염의 정도는 계속해서 심해졌다. 스모그에 뒤덮이기 일쑤였고 이산화황의 농도 또한 높아졌다. 이에 유해 가스 방출을 규제하자는 대규모 캠페인이 벌어졌고 주연료로 석탄 대신 천연 가스를 쓰도록 조치함으로써 이 캠페인에 많은 도움을 주었다.