Разнообразие климатических условий на поверхности Атлантического океана определяется его большой меридиональной протяжённостью и циркуляции воздушных масс под воздействием четырёх главных атмосферных центров: Гренландского и Антарктического максимумов, Исландского и Антарктического минимумов. Кроме того, в субтропиках постоянно действуют два антициклона: Азорский и Южно-Атлантический. Сильное влияние на климат оказывают сезонные зимние антициклоны: Канадский, Азиатский, Южно-Африканский и Южно-Американский.
Наибольшее влияние на температурный режим Атлантического океана оказывает не только его большая меридиональная протяжённость, но и водообмен с Северным Ледовитым океаном, морями Антарктики и Средиземным морем. Для поверхностных вод характерно их постепенное охлаждение по мере удаления от экватора к высоким широтам, хотя наличие мощных течений обуславливает значительные отклонения от зональных температурных режимов.
Мощными носителями тепловой энергии выступают круговые поверхностные течения, расположившиеся по обе стороны от экватора: таковы, например, Северное и Южное Пассатные течения. Холодные воды несёт Канарское течение, а также течение Западных Ветров. В Атлантическом океане существует несколько ярусов глубоководных течений. Температура поверхностных вод на экваторе летом (в августе на севере, в феврале на юге) — 26 °C, а зимой (февраль на севере, август на юге) — 27 °C. На 60° с. ш. — от 0 °C у берегов Северной Америки до 7 °C на востоке; а на 60° ю. ш. — 1 °C. Средний показатель — 16,5 °C. Наибольшая солёность поверхностных вод в открытом океане наблюдается на экваторе — 38 ‰ (максимум в Средиземном море — 39 ‰); в остальных климатических зонах она на 1-3 ‰ ниже. Средний показатель солёности составляет 35,4 ‰.
На просторах Атлантики представлены все климатические пояса планеты. Для тропических широт характерны незначительные сезонные колебания температуры (средний показатель — 20 °C) и обильные осадки. К северу и югу от тропиков расположены субэкваториальные пояса с более заметными сезонными (от 10 °C зимой до 20 °C летом) и суточными колебаниями температур; осадки здесь выпадают преимущественно летом. Частое явление в субэкваториальной зоне — тропические ураганы. В этих чудовищных атмосферных вихрях скорость ветра достигает нескольких сотен километров в час. Самые мощные тропические ураганы свирепствуют в Карибском бассейне: например, в Мексиканском заливе и на островах Вест-Индии. Вест-индские тропические ураганы формируются в западной части океана в районе 10-15° с. ш. и перемещаются к Азорским островам и Ирландии. Далее к северу и югу следуют зоны субтропиков, где в самом холодном месяце температура понижается до 10 °C, а зимой холодные воздушные массы из полярным областей низкого давления приносят обильные осадки. В умеренных широтах средняя температура самого тёплого месяца держится в пределах 10-15 °C, а самого холодного −10 °C. Здесь также отмечают значительные суточные перепады температур. Для умеренного пояса характерны достаточно равномерно выпадающие в течение года осадки (около 1 000 мм) , достигающие максимума в осенне-зимний период, и частые свирепые штормы, за что южные умеренные широты прозваны «ревущими сороковыми» . Изотерма 10 °C определяет границы Северного и Южного приполярных поясов. В Северном полушарии эта граница проходит в широкой полосе между 50° с. ш. (Лабрадор) и 70° с. ш. (побережье Северной Норвегии) . В Южном полушарии приполярная зона начинается ближе к экватору — примерно 45-50° ю. ш. Самая низкая температура (-34 °C) была зарегистрирована в море Уэдделла.