Oklahoma senta-se num cruzamento frequente entre três massas de ar diferentes: ar quente e húmido do Golfo do México; ar quente a quente e seco do México e do sudoeste dos Estados Unidos; e ar frio e seco do Canadá. Especialmente do outono à primavera, Oklahoma vê mudanças freqüentes de massa de ar, que podem produzir oscilações drásticas tanto na temperatura quanto na umidade. Grande parte do estado está frequentemente sujeito a extremos de temperatura, vento, seca e chuva. A maior parte do estado encontra-se numa área conhecida como Tornado Alley caracterizada pela frequente interacção entre as massas de ar frio e quente, produzindo um clima severo, com os meses de maior risco de Abril a Junho. Uma média de 62 tornados atinge o estado por ano, o que faz com que seja um dos índices mais altos do mundo. Devido à sua posição entre zonas de temperatura e ventos diferentes, os padrões meteorológicos dentro do estado podem variar muito entre distâncias relativamente curtas. A precipitação ocorre o ano todo, mas a precipitação média mensal é geralmente mais baixa nos meses de inverno, sobe dramaticamente até um pico em maio (o mês mais chuvoso do ano praticamente em todo o estado, devido à atividade frequente, e não raro severa, de trovoadas), e diminui novamente em meados do verão, quando longos períodos de tempo quente e seco são comuns em julho e agosto de muitos anos. No início a meados do outono (setembro e outubro), muitas vezes há um máximo de precipitação secundária. De final de outubro a dezembro, a precipitação geralmente diminui novamente.
Oriente do Oklahoma tem um clima subtropical úmido (Köppen Cfa) fortemente influenciado por ventos do sul trazendo umidade do Golfo do México e tem verões quentes e úmidos e invernos geralmente suaves, mas com frios às vezes dramáticos, às vezes acompanhados de neve, chuva torrencial ou gelada. Esta transição para uma zona semi-árida (Köppen BSk) nas planícies altas do Panhandle, onde predomina um clima mais seco, com invernos um pouco mais frios e verões igualmente quentes, mas com uma humidade muito mais baixa. Outras áreas centrais a ocidentais do estado, incluindo Lawton e Enid na zona de transição, também são menos afetadas pela umidade do Golfo do México. Elas também tendem a ser mais secas do que os condados orientais de Oklahoma. A precipitação e as temperaturas caem de leste para oeste, com áreas no sudeste com uma temperatura média anual de 17 °C (62 °F) e uma precipitação anual de mais de 40 e até 56 polegadas (1.420 mm), enquanto que as áreas do panhandle têm uma média de 14 °C (58 °F), com uma precipitação anual inferior a 430 mm (17 polegadas). Todo o estado frequentemente apresenta temperaturas acima de 100 °F (38 °C), ou abaixo de 0 °F (-18 °C) (embora temperaturas subzero sejam raras no sudeste do Oklahoma), e a queda de neve varia de uma média de menos de 4 polegadas (10 cm) no extremo sul a pouco mais de 20 polegadas (51 cm) na borda do Colorado na panhandle. O estado é o lar do Centro Nacional de Previsão de Tempestades do Serviço Nacional de Meteorologia, localizado em Norman. O inverno e a primavera são frequentemente influenciados pelo El Niño Southern Oscillation. Os invernos durante o El Niño são mais frios que a média e mais úmidos em toda a parte ocidental do estado devido a um jato de água amplificado do sul. Durante La Niña, a pista de tempestade é mais ao norte, portanto os invernos são mais quentes do que a média e mais secos na parte oeste do estado.