Hoang mạc được định nghĩa và phân loại theo nhiều cách, thường là kết hợp giữa giáng thủy dựa trên số ngày mưa/tuyết rơi, nhiệt độ, và độ ẩm, và đôi khi thêm các yếu tố khác.[1] Ví dụ, Phoenix, Arizona có lượng mưa hàng năm ít hơn 250 mm (9,8 in), và ngay lập tức được công nhận là nằm trong nhóm hoang mạc bởi vì các thực vật thích nghi khô hạn ở đó. Sườn Bắc Alaska của dãy Brooks thuộc Alaska cũng có lượng giáng thủy hàng năm nhỏ hơn 250 mm (9,8 in) và thường được xếp vào hoang mạc lạnh.[38] Các vùng khác trên thế giới có hoang mạc lạnh, bao gồm cả Himalaya[39] và các vùng ở độ cao lớn khác thuộc những nơi khác của thế giới.[40] Các hoang mạc vùng Cực bao gồm chủ yếu là các khu vực đóng băng Bắc Băng Dương và Nam Băng Dương.[41][42] Định nghĩa phi kỹ thuật nói rằng các hoang mạc là những bộ phận trên bề mặt Trái Đất có không đủ thảm thực vật để hỗ trợ sự sống cho con người.[43]

Hoang mạc đôi khi được phân loại theo "nóng" hoặc "lạnh", "bán khô hạn" hoặc "ven biển".[43] Đặc điểm của hoang mạc nóng như có nhiệt độ cao vào mùa hè; lượng bay hơi lớn hơn lượng giáng thủy do nhiệt độ cao, gió mạnh và không có mây; sự dao động đánh kể về sự xuất hiện mưa, cường độ và phân bố mưa; và độ ẩm thấp. Nhiệt độ mùa đông thay đổi đáng kể giữa các hoang mạc và thường liên quan đến vị trí địa lý của hoang mạc trên các lục địa và vĩ độ. Biên độ dao động nhiệt độ hàng ngày rất cao đến 22 °C (40 °F) hoặc lớn hơn, với sự mất nhiệt do bức xạ vào ban đêm đang được tăng lên bởi bầu trời trong.[44]

Các hoang mạc lạnh, đôi khi được gọi là hoang mạc ôn đới, phân bố ở các vĩ độ cao hơn so với sa mạc nóng và khô cằn là do không khí khô. Một số hoang mạc lạnh ở xa đại dương và những loại khác được phân cách bởi các dãy núi từ biển và trong cả hai trường hợp không có đủ độ ẩm trong không khí để gây nhiều mưa. Hoang mạc lớn nhất kiểu này được tìm thấy ở Trung Á. Những hoang mạc khác ở phía đông của dãy núi Rocky, phía đông của miền Nam Andes và ở phía nam Australia.[5] Hoang mạc ở Cực thuộc nhóm đặc biệt của hoang mạc

lạnh. Không khí rất lạnh và mang chút hơi ẩm, rất ít giáng thủy, chủ yếu ở dạng tuyết, được mang theo trong các sơn gió thường mạnh mẽ và có thể hình thành những trận bão tuyết, trôi và cồn tương tự như của bão bụi và cát trong vùng sa mạc khác. Ở Nam Cực, ví dụ, lượng giáng thủy hàng năm khoảng 50 mm (2 in) trên cao nguyên trung tâm và gấp mười lần lượng đó trên một số bán đảo lớn.[44]

Chỉ dựa trên lượng mưa, hoang mạc siêu khô cằn nhận được ít hơn 25 mm (1 in) lượng mưa mỗi năm; chúng không có chu kỳ theo mùa hàng năm và trải qua các giai đoạn 12 tháng không hề có mưa.[44][45] Hoang mạc khô cằn nhận được 25 đến 200 mm (1 đến 8 in) trong năm và hoang mạc bán khô cằn nhận được 200 đến 500 mm (8 đến 20 in). Tuy nhiên, các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ bốc hơi và thoát hơi nước, và khả năng lưu trữ độ ẩm của đất có ảnh hưởng đáng kể vào mức độ khô hạn và các thực vật và động vật có thể được duy trì. Mưa rơi vào mùa lạnh có thể có hiệu quả hơn thúc đẩy tăng trưởng thực vật, và xác định ranh giới của hoang mạc và các vùng bán khô cằn bao quanh chúng chỉ dựa trên các căn cứ về mưa vẫn còn là vấn đề chưa được giải quyết.[44]

Hoang mạc ven biển chủ yếu được tìm thấy trên các rìa phía tây của các lục địa nơi mà các dòng hải lưu lạnh trỗi lên từ dưới đáy đại dương. Những cơn gió lạnh thổi qua mặt nước này nhận chút hơi ẩm và các khu vực ven biển có nhiệt độ thấp và lượng mưa rất thấp, giáng thủy chủ yếu là ở dạng sương mù và sương giá. Phạm vi nhiệt độ hàng ngày và hàng năm là tương đối thấp, tương ứng là 11 °C (20 °F) và 5 °C (9 °F) ở sa mạc Atacama. Các hoang mạc thuộc loại này thường dài và hẹp và được giới hạn phía đông bởi dãy núi. Chúng phân bố ở phía tây nam châu Phi, Chile, miền nam California và Baja California. Các hoang mạc ven biển khác chịu ảnh hưởng của dòng lạnh được tìm thấy ở Tây Úc, Bán đảo Ả Rập và Sừng châu Phi, và rìa phía tây của sa mạc Sahara.[44]

Vào năm 1961, Peveril Meigs chia các sa mạc trên Trái Đất thành ba loại theo lượng mưa mà chúng nhận được. Hệ thống này hiện được chấp nhận rộng rãi, vùng đất cực kỳ khô cằn có ít nhất mười hai tháng liên tục mà không có mưa, đất khô cằn có ít hơn 250 mm (10 in) lượng mưa hàng năm, và các vùng đất khô hạn có lượng mưa trung bình hàng năm từ 250 và 500 mm (10–20 in). Cả hai vùng đất cực kỳ khô cằn và khô cằn được coi là sa mạc trong khi các vùng đất khô hạn thường được gọi là thảo nguyên khi họ đồng cỏ.[1]

Hoang mạc cũng được chia theo vị trí địa lý và cấu trúc khí hậu chính, như gió mậu dịch, vĩ độ trung bình, bóng mưa, gió mùa hoặc hoang mạc vùng cực.[46] Hoang mạc gió mậu dịch xuất hiện hoặc ở rỉa của vĩ độ từ 30°đến 35°Bắc và Nam. Các vành đai này liên quan đến gió thổi ngược cận nhiệt đới và các khối không khí khô lớn có nguồn gốc di chuyển từ vĩ độ cao về phía cực. Sa mạc Sahara là thuộc loại này.[47] Hoang mạc vĩ độ trung bình giữa 30 °và 50 °Bắc và Nam. Chúng chủ yếu là ở vùng cách xa biển nơi mà hầu hết độ ẩm đã rơi/tách ra từ gió. Chúng bao gồm các hoang mạc Tengger, và Sonoran.[46] Sa mạc gió mùa cũng tương tự. Chúng xuất hiện ở vùng có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa biển và đất liền. Không khí ấm ẩm dâng lên trên đất liền, mang hơi nước và quay ngược trở lại biển. Vào sâu vào nội địa, khu vực nhận được rất ít mưa. Các sa mạc Thar gần biên giới Ấn Độ / Pakistan là thuộc loại này.[46]

Ở một số nơi trên thế giới, sa mạc được tạo ra bởi sự ảnh hưởng của bóng mưa. Vách địa hình xuất hiện khi các khối không khí dâng cao hơn địa hình mặt đất. Trong quá trình chúng lạnh đi và mất nhiều hơi ẩm bằng cách mưa trên các sườn đón gió của dãy núi. Khi chúng xuống qua sườn khuất gió, khối không khí trở nên ấm hơn và khả năng mang theo hơi ẩm tăng lên nên khu vực có lượng mưa tương đối ít xảy ra.[48] Hoang mạc Taklamakan là ví dụ của loại này, nó nằm trong bóng mưa của Himalaya và nhận lượng giáng thủy hàng năm ít hơn 38 mm (1,5 in).[49]Các khu vực khác khô hạn do một chặng đường dài từ các nguồn ẩm sẵn có gần nhất.[50]

Hoang mạc vùng núi là các nơi khô cằn ở độ cao rất lớn; như trường hợp của bắc Himalaya, thuộc dãy núi Côn Lôn và cao nguyên Thanh Tạng. Nhiều nơi thuộc loại này có độ cao hơn 3.000 m (9.800 ft) và chế độ nhiệt có thể là hemiboreal. Các nơi này sở hữu tính khô cằn rõ rệt (lượng mưa trung bình hàng năm thường là ít hơn 40 mm hoặc 1,5 in) để cho là rất xa các nguồn ẫm có sẵn gần nhất và thường ở sườn đón và khuất gió của dãy núi. Hoang mạc núi thường là loại lạnh, hoặc có thể là thay đổi nóng ban ngày và lạnh vào ban đêm như trường hợp của các sườn núi phía đông bắc của núi Kilimanjaro.[51]

Các hoang mạc cực như McMurdo Dry Valleys vẫn đóng băng do các luồn gió khô katabatic thổi xuống sườn từ các dãy núi xung quanh.[52] Các khu vực hoang mạc cũ hiện nay là môi trường không khô cằn, như hoang mạc cổ Sandhills ở Nebraska.[46] Trong hệ thống phân loại khí hậu Köppen, các hoang mạc được xếp vào nhóm BWh (hoang mạc nóng) hoặc BWk (hoang mạc ôn hòa). Trong phân loại khí hậu Thornthwaite, hoang mạc được xếp vào nhóm khí hậu siêu nhiệt.[53][54]

Các hoang mạc lớn trên Trái Đất

Các hoang mạc chiếm khoảng 1/3 diện tích đất liền trên Trái Đất.[1] Phần đất bên dưới có thể bị phủ muối. Quá trình gió là các yếu tố chính định hình nên các cảnh quang hoang mạc. Các hoang mạc vùng cực (hay "hoang mạc lạnh") có những đặc điểm tương tự, ngoại trừ dạng giáng thủy chính là tuyết thay vì mưa. Nam Cực là hoang mạc lạnh lớn nhất (chiếm khoảng 98% lớp băng dày của lục địa này và 2% là đá).

Các loại hoang mạc cả nóng và lạnh có vai trò quan trọng trong việc điều hòa nhiệt độ của Trái Đất. Sở dĩ có điều này là do chúng phản xạ nhiều ánh sáng tới và suất phản chiếu (albedo) của chúng cao hơn các khu rừng và biển.[56]