气温下降快，昼夜温差大：寒露是气温由凉爽向寒冷过渡的关键节气，一场较强冷空气带来的秋风、秋雨过后，温度常下降810℃。受冷高压控制，昼暖夜凉特征明显，白天秋高气爽，夜晚气温骤降，民间“吃了寒露饭，单衣汉少见”的谚语，生动反映了气温变化的显著性。
平均气温分布地域差异显著：全国平均气温呈现“南暖北冷”的格局。华南地区平均气温多在22℃以上（海南甚至超过25℃），尚未完全走出夏季；江淮、江南一带多在1520℃之间，秋意渐浓；东北南部、华北、黄淮地区多在816℃之间，已呈深秋景象；西北部分地区、东北中北部及青海高原等高海拔地区，平均气温已降至8℃以下，部分地区甚至低于0℃，进入冬季。
降水减少，天气干燥：寒露时节，全国大部分地区雨季结束，降水显著减少。北方地区降水多不足20mm，南方地区（如华南西部、江南东部）降水在2040mm之间。秋雨绵绵的“华西秋雨”是南方部分地区的主要降水形式（如四川、贵州、云南等地），持续时间可达2030天，但降水强度较弱；北方地区因冷高压控制，大气层结稳定，雷暴天气几乎消失，空气干燥，易形成雾或烟霾（如辽宁东南部、河北东部、四川盆地等地区）。
特殊天气现象频发：① 雾和烟霾：10月气温下降，湿度大且无风时，易形成雾区（如辽宁东南部、河北东部、四川盆地等），影响交通；城市中因污染物不易扩散，也可能出现烟霾。② 寒露风：秋季冷空气入侵南方，导致显著降温（长江中下游地区连续3天及以上日平均气温低于20℃，华南地区低于22℃），对晚稻抽穗扬花造成危害（如瘪粒、空壳），是南方晚稻的主要农业气象灾害。③ 高原雪害：青海与四川交界处、四川西部等高海拔高原山区，寒露前后易出现大雪，阻塞交通，危害畜牧业生产。④ 热带气旋：10月仍有热带气旋活动（虽次数减少），但影响海南的热带气旋强度仍较强，需注意防范。