Với khí hậu cận cực khắc nghiệt (phân loại khí hậu Koppen Dfd / Dwd), Oymyakon được biết đến như một trong những nơi được coi là "Cực giá lạnh" của Bắc bán cầu, bên cạnh đó là thị trấn Verkhoyansk, nằm cách Oymyakon 629 km (391 dặm) bằng đường hàng không. Mặt đất bị đóng băng vĩnh viễn (băng vĩnh cửu).

Có một tượng đài được xây dựng xung quanh quảng trường thị trấn kỷ niệm một lần đo nhiệt độ vào những năm 1920 là −71.2 °C. Điều này đã được hiển thị trên chương trình 60 phút của Úc trong một bộ phim tài liệu năm 2012. Vào ngày 6 tháng 2 năm 1933, nhiệt độ −67,7 °C (−89,9 °F) đã được ghi lại tại trạm thời tiết của Oymyakon. Đây là nhiệt độ lạnh nhất được ghi nhận chính thức ở Bắc bán cầu. Chỉ có Nam Cực mới ghi nhận nhiệt độ chính thức thấp hơn (thấp nhất là −89,2 °C (−128,6 °F), được ghi nhận tại trạm Vostok vào ngày 21 tháng 7 năm 1983).

Trạm thời tiết nằm trong một thung lũng giữa Oymyakon và Tomtor. Nhà ga ở độ cao 750 mét (2.460 ft) và những ngọn núi xung quanh ở độ cao 1.100 mét (3.600 ft), khiến không khí lạnh tràn vào thung lũng: thực tế, các nghiên cứu gần đây cho thấy nhiệt độ mùa đông trong khu vực tăng theo độ cao khoảng 10 °C (18 °F).

Trong một số năm, nhiệt độ giảm xuống dưới 0 °C (32 °F) vào cuối tháng 9 và có thể vẫn ở dưới mức đóng băng cho đến giữa tháng 4. Ở Oymyakon đôi khi nhiệt độ trung bình tối thiểu cho tháng 1, tháng 2 và tháng 12 vẫn dưới −50 °C (−58 °F). Đôi khi các tháng mùa hè cũng có thể khá lạnh, nhưng tháng 6 và tháng 7 là những tháng duy nhất mà nhiệt độ chưa bao giờ xuống dưới −10 °C (14 °F). Oymyakon và Verkhoyansk là hai nơi duy nhất có người ở trên thế giới khi nhiệt độ xuống dưới −60 °C (−76 °F) mỗi ngày trong tháng 1.

Oymyakon chưa bao giờ ghi nhận nhiệt độ trên mức đóng băng trên từ ngày 25 tháng 10 đến ngày 17 tháng 3.

Mặc dù mùa đông ở Oymyakon kéo dài và cực kỳ lạnh, mùa hè lại khá ôn hòa ấm áp, đôi khi có thể nóng. Tháng ấm nhất được ghi nhận là tháng 7 năm 2010 với nhiệt độ trung bình +14,7 °C (58,5 °F). Vào tháng 6, tháng 7 và tháng 8, nhiệt độ trên 30 °C (86 °F) không phải là hiếm trong ngày. Vào ngày 28 tháng 7 năm 2010, Oymyakon ghi nhận nhiệt độ cao kỷ lục 34,6 °C (94 °F), mang lại biên độ nhiệt lên đến 102,3 °C (184,1 °F). Verkhoyansk và Yakutsk là những nơi khác duy nhất trên thế giới có sự chênh lệch nhiệt độ cao hơn 100 °C (180 °F).

Khí hậu Oymyakon khá khô, nhưng vì nhiệt độ trung bình hàng tháng dưới mức đóng băng đến bảy tháng trong năm, sự bốc hơi đáng kể chỉ xảy ra trong những tháng mùa hè. Mùa hè ẩm ướt hơn nhiều so với mùa đông.