Situé dans une des régions les plus chaudes et les plus ensoleillées de la Terre, le Niger est doté d'un climat essentiellement désertique et extrêmement sec.
On y distingue trois régimes climatiques : le régime aride saharien au nord, le régime de transition sahelo-tropical de la région de l'Aïr et le régime sahélien au sud. Dans le régime sahélien, villages, champs et forêts sont engloutis les uns après les autres par le désert. Sur la centaine de mares recensées dans cette région du sud du Niger il y a trente ans, seules dix-sept ont encore de l'eau en permanence.
Le climat est caractérisé par trois saisons : chaude (de mars à mai), pluvieuse (de juin à septembre) et froide (d'octobre à février).
Le Niger se présente comme une vaste pénéplaine ancienne, dont l'altitude moyenne est de 350 m. Trois grandes zones le partagent.
C'est une bande de 1 300 km de long qui suit la frontière du Nigeria jusqu'au Mali. Sa largeur ne dépasse pas 200 km (N'Guigmi, Tanout, Tahoua, Mali). C'est la partie la moins aride du territoire national et elle constitue de ce fait le « Niger utile ». À l'est, les reliefs du Damagaram répartissent les eaux de drainage entre le bassin versant du lac Tchad et celui de l'Atlantique. Les cuvettes argileuses peuvent conserver un caractère lacustre. Cette région comprend principalement des plateaux gréseux avec placages de sable, des dépressions et des vallées fossiles (dallols) réactivées à la saison des pluies. Vers l'ouest, le plateau est coupé par la vallée du fleuve Niger, les vallées anciennes des dallols Bosso et Maouri.
C'est un massif montagneux situé au nord-ouest du pays, étendu sur 300 km du nord au sud et 200 km d'est en ouest. Il présente un ensemble de hauts massifs cristallins et volcaniques émergeant d'un socle ancien. Les altitudes dépassent souvent 1 000 m: le point culminant de l'Aïr sont les monts Bagzane (2 022 m). Le versant méridional s'enfonce dans une dépression dominée par la falaise de Tiguidit. Le versant oriental est en contact avec la zone sableuse du Ténéré. À l'ouest, la transition se fait rapidement avec la plaine du Talak et les régions de l'Azawak et du Tamesna. L'Aïr présente ainsi un faciès varié au centre d'une zone de plaines monotones hyperarides.
Il constitue la plus grande partie du nord-est du pays. C'est une plaine sableuse hyperaride qui se termine à l'est par la falaise du Kaouar et au nord par les plateaux du Djado et du Mangueni. C'est, avec la Majabat al Koubra et le désert libyque, la zone la plus aride du Sahara actuel.
D'après Aquastat, la hauteur d'eau annuelle moyenne des précipitations est de 151 mm, soit pour une superficie de 1.267.000 kilomètres carrés, un volume de précipitations annuelles de 191,317 kilomètres cubes que l'on peut arrondir à 191,3 (France métropolitaine 477,99 km³).
De ce volume précipité, l'évapo-transpiration et les infiltrations consomment quelques 190,3 km³. Reste 1 kilomètre cube de ressources d'eau superficielle produites sur le territoire du pays (en interne). De plus une quantité renouvelable de 2,5 kilomètres cubes d'eau souterraine est produite chaque année, en interne également.
A ces ressources de 3,5 km³ produites en interne, il faut ajouter 30,15 kilomètres cubes d'eau produits à l'étranger et qui font partie des ressources utilisables du pays, une fois la frontière franchie. Il s'agit d'une part du débit apporté du Mali par le fleuve Niger, à raison de 28 kilomètres cubes environ et du Burkina Faso (1 km³). D'autre part, quelques 1,15 kilomètre cube dus à des cours d'eau frontière, en provenance du Bénin et du Nigéria et dont 50% du débit total de 2,3 km³ revient au Niger, constitue un apport supplémentaire (il s'agit notamment d'un affluent du Niger formant frontière entre le Niger et le Bénin). Compte tenu de ces apports, les ressources totales en eau du pays se montent annuellement à quelques 33,65 kilomètres cubes (33 milliards 650 millions de m³), soit pour une population estimée à 14,2 millions d'habitants en 2007, environ 2,360 m³ d'eau par habitant, ce qui - contrairement à bien des idées erronées - est actuellement satisfaisant (À titre de comparaison, l'Allemagne ne dispose que d'un peu plus de 1,850 m³ d'eau par habitant, et la France de plus ou moins 3,300 m³ annuellement). Comme pour d'autres pays du Sahel tels le Mali, le problème est la répartition des ressources en eau, géographiquement très déséquilibrée.
De plus, il est clair que si l'explosion démographique en cours se prolonge quelques décennies, ce qui est hautement probable, cette quantité d'eau disponible par habitant diminuera drastiquement.
Ajoutons que les sorties d'eau du pays atteignent 32,4 km³, en direction du Nigéria avant tout, et très partiellement du lac Tchad.