Khí hậu của dãy núi Kavkaz dao động theo cả chiều thẳng đứng (theo độ cao) và theo chiều nằm ngang (theo tọa độ địa lý của các điểm). Nhiệt độ nói chung giảm khi độ cao tăng lên. Nhiệt độ trung bình hàng năm tại Sukhumi, Abkhazia tại mực nước biển là 15 độ C trong khi trên sườn của đỉnh Kazbek ở cao độ 3.700 m thì nhiệt độ trung bình hàng năm là -6,1 độ C. Các sườn núi phía bắc của dãy Đại Kavkaz có nhiệt độ trung bình thấp hơn so với nhiệt độ trung bình tại các sườn núi phía nam khoảng 3 độ C. Vùng cao nguyên của dãy Tiểu Kavkaz tại Armenia, Azerbaijan và Gruzia có sự tương phản sắc nét về nhiệt độ giữa các tháng mùa hè và các tháng mùa đông do có tính chất khí hậu lục địa nhiều hơn.

Lượng mưa tăng theo chiều từ đông sang tây trong phần lớn các khu vực. Độ cao đóng một vai trò quan trọng trong khu vực Kavkaz và các rặng núi nói chung có lượng mưa lớn hơn so với các vùng thấp. Khu vực phía đông bắc (Dagestan) và phần phía nam của Tiểu Kavkaz là khô cằn nhất. Lượng mưa hàng năm tối thiểu đạt 250 mm (8,4 inch) tại vùng trũng Caspi ở phía đông bắc. Phần phía tây của dãy núi Kavkaz có lượng mưa cao. Các sườn phía nam của dãy Đại Kavkaz nhận được nhiều mưa hơn so với các sườn phía bắc. Lượng mưa hàng năm tại khu vực Tây Kavkaz nằm trong khoảng 1.000-4.000 mm, trong khi khu vực Đông và Bắc Kavkaz (Chechnya, Ingushetia, Kabardino-Balkaria, Ossetia, Kakheti, Kartli…), lượng mưa hàng năm chỉ đạt 600-1.800 mm (23,6-70,9 inch). Lượng mưa hàng năm cao nhất là 4.100 mm tại khu vực xung quanh đỉnh Mtirala thuộc dãy núi Meskheti tại Ajaria. Lượng mưa của dãy Tiểu Kavkaz (miền nam Gruzia, Armenia, miền tây Azerbaijan), không bao gồm dãy núi Meskheti, nằm trong khoảng 300–800 mm mỗi năm.

Dãy núi Kavkaz được biết đến vì có lượng tuyết rơi nhiều, mặc dù nhiều khu vực sườn núi không nằm dọc theo hướng gió lại không nhận được nhiều tuyết. Điều này đặc biệt đúng cho dãy Tiểu Kavkaz, vốn bị cô lập một cách tương đối với các ảnh hưởng của khí hậu ẩm ướt từ biển Đen và nhận được lượng mưa tương đối ít hơn (trong dạng tuyết) so với dãy Đại Kavkaz. Độ dày che phủ tuyết trong mùa đông tại Tiểu Kavkaz nằm trong khoảng 10–30 cm. Dãy Đại Kavkaz (đặc biệt là các sườn núi tây nam) có lượng tuyết rơi nhiều. Các trận tuyết lở khá phổ biến trong giai đoạn từ tháng 11 năm trước tới tháng 4 năm sau.

Tuyết che phủ tại một số khu vực (Svanetia, miền bắc Abkhazia) có thể dày tới 5 m. Khu vực đỉnh Achishkho là nơi có nhiều tuyết nhất tại Kavkaz, thường ghi nhận có tuyết dày tới 7 m.