全区年平均气温在全陕西省最低，约在7～12℃之间。以东南部最高，西北部最低。等温线大致呈东北—西南向伸延。在佳县以南，临近黄河谷地，年平均气温>10℃，佳县为10.0℃，吴堡11.3℃，延川10.6℃，延长10.2℃，宜川以东靠近黄河地区气温更高些。该区最南的永寿，年平均气温也较高，达10.8℃。位置愈往西，年平均气温也愈低，大致均在8～10℃之间。如缓德9.7℃，安塞8.8℃，洛川9.2℃，宜君8.9℃。最西部的志丹、吴旗气温最低，均为7.8℃。(图4.2)
图4.2 等温线图
一年中最热月与最冷月的平均气温之差为平均气温年较差，陕西黄土高原年平均年较差在25～32℃之间。南部因冬季气温较北部高，而夏季南北相差不大，所以年较差的分布规律是南部小北部大。南部的宜君、黄陵、洛川、黄龙、以及长武、彬县、永寿等地均在25～28℃之间；向北的富县、宜川、延安、吴旗、安塞、延长等地均在28～30℃之间；北部的清涧、子长、缓德、米脂、佳县等地均在30～32℃之间。
2.冬、春、夏、秋各季平均气温
黄土高原区1月是一年中最冷月，7月是一年中的最热月，4月和10月是两个冷热居中的月份，这几个月的月平均气温可以分别代表四季的平均气温状况。(表4.3)
冬季陕西黄土高原气温较陕南汉水谷地要低2～10℃以上，1月平均气温集中代表了冬季的气温状况，全区在-2～-10℃之间。由于北部纬度较高，受北方寒冷气流影响也较大，所以气温表现出南高北低的特点。从表4.3可见，1月最暖的是最南部的永寿、彬县。月平均气温分别为-2.8～-3.8℃；南部的宜君、黄陵、洛川、黄龙、宜川各地在-4～-6℃之间，临近黄河的延川、吴堡也高于-6℃；偏北的富县、甘泉、延安、吴旗、子长、绥德、佳县等地在-8℃～-6℃之间；再向北的米脂、定边、靖边、横山、榆林、神木、府谷各地冬季最冷、1月平均气温在-10～-8℃之间。
春季该区气温上升十分迅速，3月至4月气温可升高6～8℃，4至5月可升高6℃左右。如延安3月至4月，平均气温升高6.9℃，4至5月升高5.5℃，5月达16.9℃；洛川3月至4月升高6.5℃，4月至5月升高5.1℃，5月达15.7℃。
4月平均气温集中代表了春季气温状况，金区在9～13℃之间，各地相差不大。东部略偏高，如吴堡13.1℃、延长12.5℃；西部略偏低，如志丹9.9℃、吴旗9.7℃；界于东西之间各地约为11℃左右，如延安11.4℃、洛川10.6℃。
夏季，该区连续5天平均气温高于25℃的炎热天气一般可达70～80天。7月平均气温集中代表了夏季气温状况，全区在21～26℃之间，各地相差甚少，受地势高度影响，气温具有东高西低的特点，等温线大致呈南北走向，仅在南部才有向东西走向过渡的趋势。从表4.3可见，佳县、绥德、延川、吴堡一带7月平均气温较高，分别为24.7℃、24.0℃、24.7℃、25.2℃。榆林至洛川一带均在22℃左右，如子长23℃、延安22.9℃、洛川22.0℃、黄龙21.9℃；偏西的吴旗、志丹略低，也均为21.5℃；南部的彬县因纬度偏低，7月平均气温也较高，为24.4℃。
秋季凉爽，是气温逐渐下降的季节，且下降得极为迅速，9月普遍降至18℃以下，10月降至12℃以下，11月降至4℃以下，以后便进入冬季。秋季常常发生霜冻。
10月平均气温集中代表了秋季气温状况，全区在8～12℃之间，各地相差不大。东部地区多在10～12℃，如佳县、吴堡、绥德、清涧、延川、延长、宜川、黄陵等地；向西各地均在8～10℃之间，如米脂、子长、延安、富县、洛川、志丹、吴旗等地。
3.极端气温