根据三峡水库建成前后实时气象监测及遥感数据分析，三峡水库蓄水后(2004—2012 年)，大部分地区地面温度呈现逐年下降的趋势，在中部和东部干流区下降比较明显，西部重庆市区附近出现升温现象;从季节变化来看，东部最符合“冬暖夏凉”的变化趋势。三峡水库蓄水前后，三峡库区的西北部降水增加，东南部降水减少，其中，干流的上游，如重庆、长寿、涪陵、丰都、忠县、万州、云阳等降水增加150毫米以内，干流的下游奉节、巫山、巴东等地降水减少，这种降水变化是更大范围降水变化趋势的区域体现。三峡水库蓄水应该对离库区较近范围的降水量产生了一定影响，带来的降水变化尺度可能只局限在很小的空间范围内(近库区)，对于整个库区来说，蓄水前后年降水量的变化并不显著。最近十年三峡库区降水变化的部分原因是自然变率引起的，水库本身对周边地区降水变化没有明显影响。此外，三峡水库蓄水以来，库区的水汽含量整体呈现增加的趋势;暴雨日数与暴雨强度并没有显著的变化;雾、轻雾的变化呈明显的地域性差异，但大多数地方为显著的逐年减少，水库坝区附近大雾日数减少，但轻雾和霾日数明显增加。库区水面抬升以后，水面以上20米处风速增大，夏季白天江面风增强，高山地区的风没有变化，夜间两岸的山顶向江心的山风也在增强。蓄水后水库坝区雷电天气明显较少。
如果放大到更长的时间尺度和更广的空间尺度，监测分析表明，自1961年以来，三峡水库所在的整个长江流域气温呈现平稳增长，长江流域下游每十年升高0.2℃，长江上游每十年升高0.17℃，而三峡库区的增长速率平均每十年增加0.08℃，明显低于长江流域其他地区。三峡库区的年均降水量是1136毫米，从趋势上看，库区的降水略有减少，但不单是库区在减少，整个西南地区、长江流域都在减少，这是一个大的气候趋势。实际上自20世纪90年代以后，三峡库区就进入了降雨偏少的年代，也即三峡工程建成之前降雨就开始偏少了。
不同类型多种分辨率数值天气模式模拟都表明：三峡水库可能影响库区局地尺度(小于10 千米)的温度、湿度和风。经有关单位对比试验表明：蓄水后，库区冬、夏季气温均表现为降低，冬季降温1℃ 以上，夏季降温1.5℃以上，夏季降温更为明显，但在远离库区后，这种降温效应快速减小，库区降温的原因可能是水体表面蒸发加强，带走更多热量造成的。库区降水轻微减少，对夏季降水的影响相对冬季要大，库区平均减少10%，离库区10千米处减少3%，20千米处减少1%，呈现由库区向外缓慢下降的趋势。降水减少主要是由于库区气温下降，高空大气更趋稳定造成的。总体分析，除库区本身外，三峡水库对周围地区气候没有明显影响。
同时，数值天气模拟和统计分析也表明，2006 年夏季的川渝高温干旱以及西南、长江中下游等周边地区的其他极端天气气候事件，更多的是由于全球气候变化和区域自身变率共同作用的结果造成的，与三峡水库局地强迫的关系不大，三峡水库在其中所起的作用非常微弱，可以忽略不计。
无论是观测事实，还是数值模拟，都得出了类似的结论：三峡水库对库区本身气象要素有影响，由库区向外，影响快速减弱。总体上，三峡水库对气候的影响范围一般不超过20千米。
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