Datorita suprafetei amri pe care o ocupa, muntii Poiana Rusca au un climat diferentiat, influentat in sud de zona inalta a Meridionalilor, in vest de zona depresionara, iar in nord si est de microclimatul luncii Muresului si al bazinului Strei. Aceasta situatie si diferenta inaltimilor determina o distributie zonala etajata a principalelor elemente climatice in jurul zonei centrale inalte a masivului.
Temperatura medie anuala variaza intre 9 si 11 gradeC in regiunile depresionare periferice din est, vest si nord si intre 2 si 8 gradeC in zona muntoasa. Amplitudinea termica anuala este de 10-20 gradeC in zona centrala si de 22-23 gradeC in zonele marginale si periferice.
Precipitatiile sunt mai abundente, tot timpul anului, in partea centrala inalta a masivului, in regiunile Pades, Rusca, Ruschita, Vadu Dobrii, Poiana Rachitele, Alun si scad treptat spre zonele periferice.
Durata medie anuala de stralucire a soarelui variaza de la 1800 ore, in zona inalta a culmii Pades-Rusca, pana la 1900-2000 ore in regiunile marginale din est si vest, si 1800-1900 ore in partea de nord a masivului si in lunca Muresului. In decursul unui an , media zilelor cu cer senin este de 40, iar innourari totale se inregistreaza timp de 120-140 zile anual.
In muntii Poiana Rusca, luna septembrie poate fi recomandata ca fiind cea mai indicata pentru practicarea turismului. In aceasta perioada nu se mai inregistreaza calduri apasatoare, ca in august si iulie, mai ales in drumetiile prin zona de platou lipsita de padure; nebulozitatea este mai mica, favorabila fotografiatului. Pentru turismul si sportul de iarna sunt indicate lunile ianuarie si februarie, cand in zona Padesului de poate practica schiul.