Bölgenin doğal yapısını büyük ölçüde belirleyen Kuzey Anadolu Dağlan, iklim ve bitki örtüsü açısından kıyı ile iç kesimler arasında önemli farklılıkların ortaya çıkmasına yol açar. Deniz etkisiyle kıyı kesimi ılıman ve
nemlidir. Bu etki mevsimler arasındaki sıcaklık farklarının azalmasına da yol açar. Dağ sıralarının arasında yer alan iç kesimlerde ise kara ikliminin etkisi görülür. Kıyı kesiminin genellikle ılık ve yağışlı olmasına karşın iç kesimlerde yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve yağışlı geçer.
Dağların Karadeniz'e bakan yüzünde kışlar genellikle ılıktır, ama batı kesiminde Balkanlar ya da Karadeniz üstünden gelen soğuk havanın etkileri görülür. Doğu Karadeniz bölümü kıyılarında çok yüksek olan yıllık ortalama yağış miktarı, Orta Karadeniz bölümünde azalır, Batı Karadeniz bölümü kıyılarında gene artar. Bölge kıyılarında kar yağışlı gün sayısı yılda ortalama olarak 10'u aşmaz.
Karadeniz Bölgesi'nin iç kesimlerinde mevsimler arasındaki sıcaklık farkları birden artar, yağışlar ise azalır. Kıyı dağlarının ardında yer alan kesimlerde yıllık ortalama yağış miktarı genellikle 500 milimetrenin altındadır. İç kesimlerde kar yağışlı gün sayısı yılda ortalama 20 dolayındadır.
Karadeniz Bölgesi'nin çeşitli kesimleri arasında iklim farklılığı olduğu gibi doğal bitki örtüsünün yayılışı açısından da farklılıklar vardır. Kıyı dağlarının Karadeniz'e bakan yamaçları, ülkemizin orman açısından en zengin alanıdır. Bu ormanlar bazı kesimlerde yerini yalancı maki topluluklarına, bazı kesimlerde de çay ve fındık bahçelerine bırakır. Bu dağların orta yükseklikteki kesimleri geniş yapraklı ağaçlardan, yüksek kesimleri ise iğneyapraklı ağaçlardan oluşan gür ormanlarla örtülüdür. Ormanların sona erdiği yüksek kesimlerde Alp tipi çayırlar yer alır. Karadeniz Bölgesi'nin iç kesiminden Doğu Anadolu Bölgesi'ne doğru alçalan kesimlerin doğal bitki örtüsü bozkır (step) görünümündedir.