Khí hậu xã Tân Thuỷ được chia làm hai mùa rõ rệt:

• Mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 3 năm sau. Lượng mưa trung bình hàng năm 2.000 - 2.300mm/năm. Thời gian mưa tập trung vào các tháng 9, 10 và 11.
• Mùa khô từ tháng 4 đến tháng 8 với nhiệt độ trung bình 24oC - 25oC. Ba tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 6, 7 và 8.

Nhiệt độ bình quân các tháng trong năm của xã Tân Thuỷ, huyện Lệ Thuỷ, tỉnh Quảng Bình

Hằng năm, mưa lớn gây lũ lụt thường xuyên xảy ra. Gây ngập trên diện rộng với toàn xã, nhất là đối với các thôn ở vùng dưới, đặc biệt là Tân Ninh, Tân Hạ, Tân Hoà. Ảnh hưởng không nhỏ đến kinh tế của bà con.

Hạn hán chưa từng là vấn đề đối với xã Tân Thuỷ mấy chục năm qua bởi vì xã có đến 4 hồ chứa nước rất lớn.