A medence éghajlata szélsőségesen kontinentális. Jellemzője az igen nagy évi hőmérséklet-ingadozás, a száraz meleg nyár és a hosszú, nagyon hideg tél. A júliusi középhőmérséklet 20–22 °C, a januári −32-−35 °C; az eddig mért legalacsonyabb hőmérséklet −55 °C volt. A fagyok 6–7,5 hónapig tartanak. Az északról érkező nedves légtömegeket a Tannu-Ola hegyvonulatai feltartóztatják, így a csapadék évi mennyisége a medence alján csupán 150–200 mm, többsége nyári zivatarok idején, a legkevesebb február-márciusban hull. A párolgás jóval felülmúlja a lehulló csapadék mennyiségét. A tenyészidő (10 °C felett) kora májustól szeptember végéig tart.

Nemzetközi tudományos program keretében 1997 óta a térségben az éghajlatváltozást, a globális felmelegedés jelenségét vizsgáló kutatóállomás működik.