L’Oklahoma se trouve à un carrefour fréquent entre trois masses d’air différentes : l’air chaud et humide du Golfe du Mexique, l’air chaud à chaud et sec du Mexique et du sud-ouest des États-Unis, et l’air froid et sec du Canada. En particulier de l’automne au printemps, l’Oklahoma connaît de fréquents changements de masse d’air, qui peuvent produire des variations radicales de température et d’humidité. Une grande partie de l’État est souvent soumise à des extrêmes de température, de vent, de sécheresse et de précipitations. La majeure partie de l’État se trouve dans une zone connue sous le nom de Tornado Alley, caractérisée par une interaction fréquente entre les masses d’air froid et chaud, produisant un temps violent, les mois les plus à risque étant d’avril à juin. Une moyenne de 62 tornades frappe l’État par an, ce qui en fait l’un des taux les plus élevés au monde. En raison de sa position entre des zones de températures et de vents dominants différents, les schémas météorologiques au sein de l’État peuvent varier considérablement sur des distances relativement courtes. Les précipitations se produisent tout au long de l’année, mais les précipitations mensuelles moyennes sont généralement les plus faibles pendant les mois d’hiver, augmentent considérablement pour atteindre un pic en mai (le mois le plus humide de l’année dans pratiquement tout l’État, en raison de l’activité orageuse fréquente et souvent sévère), et diminuent à nouveau au milieu de l’été, alors que de longues périodes de temps chaud et sec sont fréquentes en juillet et en août. Entre le début et le milieu de l’automne (septembre et octobre), on observe souvent un maximum secondaire de précipitations. De fin octobre à décembre, les précipitations diminuent généralement à nouveau.
L’est de l’Oklahoma a un climat subtropical humide (Köppen Cfa) fortement influencé par les vents du sud apportant de l’humidité du Golfe du Mexique et a des étés chauds et humides et des hivers généralement doux, mais avec des périodes de froid parfois dramatiques, parfois accompagnées de neige, de grésil ou de pluie verglaçante. Cette zone passe progressivement à une zone semi-aride (Köppen BSk) dans les hautes plaines de la Panhandle, où règne un climat plus sec, avec des hivers un peu plus froids et des étés tout aussi chauds, mais une humidité beaucoup plus faible. D’autres régions du centre et de l’ouest de l’État, y compris Lawton et Enid dans la zone de transition, sont également moins touchées par l’humidité provenant du Golfe du Mexique. Elles ont également tendance à être plus sèches que les comtés de l’est de l’Oklahoma. Les précipitations et les températures diminuent d’est en ouest en conséquence, les régions du sud-est enregistrant une température annuelle moyenne de 17 °C (62 °F) et des précipitations annuelles supérieures à 40 et pouvant atteindre 1 420 mm (40 pouces), tandis que les régions du panhandle enregistrent une température moyenne de 14 °C (58 °F) et des précipitations annuelles inférieures à 430 mm (17 pouces). L’ensemble de l’État connaît fréquemment des températures supérieures à 38 °C (100 °F) ou inférieures à -18 °C (0 °F) (bien que les températures négatives soient rares dans le sud-est de l’Oklahoma), et les chutes de neige vont d’une moyenne de moins de 10 cm (4 pouces) dans l’extrême sud à un peu plus de 51 cm (20 pouces) à la frontière du Colorado, dans le Panhandle. L’État abrite le National Storm Prediction Center du National Weather Service, situé à Norman. Le temps en hiver et au printemps est souvent influencé par l’oscillation australe El Niño. Pendant le phénomène El Niño, les hivers sont plus frais que la moyenne et plus humides dans la partie occidentale de l’État en raison de l’amplification du courant-jet du sud. Pendant La Niña, la trajectoire des tempêtes est plus au nord, donc les hivers sont plus chauds que la moyenne et plus secs dans la partie occidentale de l’État.