Les massifs montagneux français sont soumis à un climat montagnard, qui peut être très différent selon le massif et l'altitude. Avec l'altitude, la température diminue et pour les versants exposés aux vents pluvieux, les précipitations augmentent. Dans les petits massifs et les contreforts externes des grands massifs, le climat montagnard correspond au climat de la plaine voisine modifié par l'altitude. Là où la température moyenne hivernale est inférieure à 0 °C (au-dessus de 600 m dans les Vosges, 700 m dans le Jura, 900 m dans le Massif Central, de 600 à 900 m dans les Alpes du Nord, de 900 à 1300 m dans les Alpes du Sud et les Pyrénées), la neige tombe régulièrement et tient en hiver.
Les températures les plus basses ne sont pas enregistrées sur les plus hauts sommets mais plutôt sur les plateaux d'altitude protégés du vent par des rebords plus élevés, l'altitude favorise le refroidissement par rayonnement et les contours montagneux empêchent l'apport d'air extérieur plus doux par le vent. C'est dans cette configuration qu'a été enregistrée le record de froid français, d'environ -41 °C dans le Jura à 1 000 m d'altitude seulement.
Outre la baisse des températures en altitude, la montagne présente bien des particularités:
La diminution de la température avec l'altitude n'est pas uniforme selon la saison, elle est plus marquée au printemps et en été qu'en automne et en hiver ce qui fait que l'amplitude annuelle tend à être plus faible en altitude que dans les plaines environnantes.
Le rythme de l'ensoleillement est différent, en hiver par temps anticyclonique, les massifs surplombent généralement la couche d'inversion, ils sont alors ensoleillés et relativement doux tandis que la plaine reste dans le froid et la grisaille. En été, les cumulus sont plus nombreux prés dès sommets, les massifs connaissent un temps nuageux avec parfois des orages en fin d'après-midi alors que le temps reste bien ensoleillé en plaine. La montagne tend à être plus ensoleillée que la plaine en hiver, en été c'est l'inverse.
L'effet de foehn se produit lorsqu'un vent pluvieux franchit une crête ou un massif, après avoir libéré son humidité sur le côté "au vent", l'air se réchauffe et s'assèche rapidement en redescendant le versant sous le vent si bien qu'il est beaucoup plus chaud et sec qu'auparavant en retrouvant son altitude d'origine. Ce vent amène des élévations de température spectaculaires. Il souffle sur les piémonts et dans les vallées ou bassins à l'intérieur des massifs.
C'est en montagne que la notion de topoclimat prend toute son importance : la différence d'exposition au soleil entre un adret et un ubac crée des variations d'ensoleillement de température importantes sur quelques centaines de mètres. Le vent peut être fortement accéléré lorsque sa direction est parallèle à une vallée, alors qu'une crête perpendiculaire au vent protège complètement la zone sous le vent. Sur quelques kilomètres, à altitude égale, le climat peut donc varier sensiblement selon l'exposition et aussi selon l'orientation des massifs ou des vallées par rapport aux vents dominants.
A basse altitude, dans les grandes vallées à l'intérieur des massifs comme le Sillon Alpin et dans les plaines d'effondrement, comme l'Alsace, la Limagne ou le Forez, on ne retrouve pas tout à fait le climat de la plaine, il faut plutôt parler de climat d'abri, avec une continentalité plus marquée. Les hivers sont plus froids, avec des inversions de température et très peu arrosés par endroits, tandis que les étés sont plus chauds qu'à l'extérieur des massifs à altitude égale. Le cumul annuel moyen de précipitations est plus faible que sur les sommets voisins, il chute dans les endroits les mieux abrités à moins de 600 mm. Les vents sont souvent faibles sauf lorsque le flux général est parallèle au sens de la vallée.
Un des effets principaux des montagnes est de séparer les zones climatiques : plus elles sont hautes et plus la masse d'air est arrêtée ou modifiée par leur franchissement ou leur contournement. Les obstacles aux masses d'air océaniques que sont le Massif central, les Alpes et les Pyrénées expliquent en partie pourquoi les régions méditerranéennes et les vallées abritées connaissent un climat si différent du reste de la France.
L'ensoleillement des régions montagneuses, voisin de celui des plaines environnantes, est compris entre 1700 heures (Vosges) et 2600 heures (Pyrénées orientales et Alpes du sud).