Oklahoma se encuentra en una encrucijada frecuente entre tres masas de aire diferentes: aire cálido y húmedo procedente del Golfo de México; aire cálido a caliente y seco procedente de México y el suroeste de Estados Unidos; y aire frío y seco procedente de Canadá. Especialmente desde el otoño hasta la primavera, Oklahoma experimenta frecuentes cambios de masa de aire, que pueden producir drásticas oscilaciones tanto de temperatura como de humedad. Gran parte del estado suele estar sometido a temperaturas, vientos, sequías y precipitaciones extremas. La mayor parte del estado se encuentra en una zona conocida como el Callejón de los Tornados, que se caracteriza por la frecuente interacción entre masas de aire frío y cálido, lo que produce un clima severo, siendo los meses de mayor riesgo los de abril a junio. Una media de 62 tornados azotan el estado cada año, lo que supone una de las tasas más altas del mundo. Debido a su posición entre zonas de temperaturas y vientos diferentes, los patrones meteorológicos dentro del estado pueden variar mucho en distancias relativamente cortas. Las precipitaciones se producen a lo largo de todo el año, pero la media mensual de precipitaciones suele ser la más baja en los meses de invierno, aumenta drásticamente hasta alcanzar un pico en mayo (el mes más lluvioso del año prácticamente en todo el estado, debido a la frecuente, y no infrecuente, actividad de tormentas eléctricas), y disminuye de nuevo a mediados del verano, cuando son comunes los largos tramos de tiempo caluroso y seco en julio y agosto muchos años. A principios y mediados del otoño (septiembre y octubre) suele producirse un máximo secundario de precipitaciones. Desde finales de octubre hasta diciembre, las precipitaciones suelen volver a disminuir.
El este de Oklahoma tiene un clima subtropical húmedo (Köppen Cfa) fuertemente influenciado por los vientos del sur que traen la humedad del Golfo de México y tiene veranos cálidos y húmedos e inviernos generalmente suaves, pero con olas de frío a veces dramáticas, a veces acompañadas de nieve, aguanieve o lluvia helada. La transición hacia una zona semiárida (Köppen BSk) se produce en las llanuras del Panhandle, donde prevalece un clima más seco, con inviernos algo más fríos y veranos igualmente calurosos, pero con una humedad mucho menor. Otras zonas del centro al oeste del estado, incluyendo Lawton y Enid en la zona de transición, también se ven menos afectadas por la humedad del Golfo de México. También suelen ser más secas que los condados del este de Oklahoma. Las precipitaciones y las temperaturas descienden en consecuencia de este a oeste, con zonas en el sureste que promedian una temperatura anual de 62 °F (17 °C) y una precipitación anual de más de 40 y hasta 56 pulgadas (1.420 mm), mientras que las zonas del panhandle promedian 58 °F (14 °C), con una precipitación anual inferior a 17 pulgadas (430 mm). Todo el estado experimenta con frecuencia temperaturas superiores a 38 °C o inferiores a 18 °C (aunque las temperaturas bajo cero son raras en el sureste de Oklahoma), y las nevadas oscilan entre una media de 10 cm en el extremo sur y algo más de 51 cm en la frontera con Colorado. El estado alberga el Centro Nacional de Predicción de Tormentas del Servicio Meteorológico Nacional, situado en Norman. El tiempo de invierno y primavera suele estar influenciado por la Oscilación del Sur de El Niño. Los inviernos durante El Niño son más fríos que la media y más húmedos en la parte occidental del estado debido a una corriente en chorro del sur amplificada. Durante La Niña, la trayectoria de la tormenta está más al norte, por lo que los inviernos son más cálidos que la media y más secos en la parte occidental del estado.