吐鲁番的地势最低，是中国最低的地方。
吐鲁番的气温却最高，是中国最热的地方。
吐鲁番盆地属暖温带干旱荒漠气候，日照长、气温高、温差大、降水少、风力强、夏季漫长、酷暑干燥。吐鲁番和托克逊两地，平均气温都在35摄氏度至37摄氏度之间。盆地中心的温度，达到47.6摄氏度，绝对最高温度有过49.6摄氏度的记录。夏季地表温度经常在70摄氏度以上，最高时竟达到82.3摄氏度，是名副其实的“火洲”，堪称“世界热极”。
只有气温的极端高度还不算热，热不可支的是炎热日太多太长。日最高气温在35摄氏度以上的天数每年有100多天以上，日气温高于40摄氏度的天数每年有40天左右。所以就有了“沙窝里蒸熟鸡蛋”、“石头上烤熟面饼”的说法。
吐鲁番气温的神奇之处，不只在于热。还在于它温差大，变化多。首先是早晚与中午温差大，无论中午多么炎热，到了早晚就会凉风习习，身上的汗水蒸发快，所以没有南方暑天那种闷热难耐的感觉；另外就是四季温差大，夏季达到炎热的极致，但到冬季平均气温则降到-10摄氏度左右，这样的天气约3个月左右；夏季较短，只有两个月，升温快，早春三月开始平均每月升温8摄氏度左右，出现春回大地，绿染枝头的景象。秋季最短，平均不到两个月，秋高气爽但降温快，从9月开始每月下降10摄氏度；还有盆地中心与北部山区温差大，中南部炎热干燥，但山区气候凉爽、雨量充沛，全年只有冷、暖两季。
吐鲁番盆地气候的另一个特点是降水量极少，蒸发量极大。据气象统计资料，吐鲁番市年平均降水量为16.6毫米，托克逊县只有3.9毫米，降水稍多的鄯善县，年平均降水量也不过25.5毫米。与稀少的降水量相反，蒸发量却大得惊人。吐鲁番市年平均蒸发量3003毫米，托克逊县年平均蒸发量是3821.85毫米，鄯善县年平均蒸发量为2879.3毫米，分别是年平均降水量的成百倍甚至上千倍。这种强烈的反差，使吐鲁番地区基本上成为干燥无雨的干旱荒漠气候。