Oklahoma három különböző légtömeg gyakori kereszteződésében helyezkedik el: a Mexikói-öböl felől érkező meleg, nedves levegő; a Mexikóból és az USA délnyugati részéből érkező meleg vagy forró, száraz levegő; és a Kanadából érkező hideg, száraz levegő. Oklahomában különösen ősztől tavaszig gyakran változnak a légtömegek, ami drasztikus változásokat okozhat mind a hőmérsékletben, mind a páratartalomban. Az állam nagy része gyakran ki van téve szélsőséges hőmérsékletnek, szélnek, szárazságnak és csapadéknak. Az állam nagy része a Tornádó Alley néven ismert területen fekszik, amelyet a hideg és meleg légtömegek gyakori kölcsönhatása jellemez, ami súlyos időjárást eredményez, a legveszélyesebb hónapok pedig áprilistól júniusig tartanak. Évente átlagosan 62 tornádó sújtja az államot, ami az egyik legmagasabb arány a világon. Az eltérő hőmérsékletű és széljárású zónák közötti elhelyezkedéséből adódóan az államon belüli időjárási minták viszonylag rövid távolságok között is nagymértékben változhatnak. A csapadék egész évben előfordul, de a havi átlagos csapadékmennyiség általában a téli hónapokban a legalacsonyabb, majd májusban drámaian megemelkedik és tetőzik (a gyakori és nem ritkán súlyos zivatarok miatt gyakorlatilag az egész államban az év legcsapadékosabb hónapja), és nyár közepére ismét csökken, amikor júliusban és augusztusban sokszor hosszú ideig tartó forró, száraz időjárás jellemző. Az ősz elején és közepén (szeptemberben és októberben) gyakran fordul elő másodlagos csapadékmaximum. Október végétől decemberig a csapadékmennyiség általában ismét csökken.
Oklahoma keleti részén nedves szubtrópusi éghajlat (Köppen Cfa) uralkodik, amelyet erősen befolyásolnak a Mexikói-öbölből nedvességet hozó déli szelek, és forró, párás nyarakkal és általában enyhe telekkel, de néha drámai hideg időszakokkal, amelyeket néha hó, havas eső vagy fagyos eső kísér. Ez fokozatosan átmegy egy félsivatagi zónába (Köppen BSk) a Panhandle fennsíkjain, ahol szárazabb éghajlat uralkodik, kissé hidegebb telekkel és hasonlóan forró nyarakkal, de sokkal alacsonyabb páratartalommal. Az állam más középső és nyugati területeit, beleértve Lawtont és Enidet az átmeneti zónában, szintén kevésbé érinti a Mexikói-öbölből érkező nedvesség. Ezek általában szárazabbak, mint Oklahoma keleti megyéi. A csapadék és a hőmérséklet ennek megfelelően keletről nyugatra csökken, a délkeleti területeken az éves átlaghőmérséklet 17 °C (62 °F), az éves csapadékmennyiség pedig több mint 40 és akár 56 hüvelyk (1420 mm) is lehet, míg a panhandle területein átlagosan 14 °C (58 °F), az éves csapadékmennyiség pedig kevesebb mint 430 mm (17 hüvelyk). Az állam egész területén gyakran fordul elő 38 °C (100 °F) feletti vagy -18 °C (0 °F) alatti hőmérséklet (bár Oklahoma délkeleti részén ritka a fagypont alatti hőmérséklet), a hómennyiség pedig a déli részeken átlagosan kevesebb mint 10 cm (4 inch) és a Colorado állam határán, a panhandle területén alig több mint 51 cm (20 inch) között változik. Az államban található az Országos Meteorológiai Szolgálat Normanban található Nemzeti Viharelőrejelző Központja. A téli és tavaszi időjárást gyakran befolyásolja az El Niño déli oszcilláció. Az El Niño idején a tél az átlagosnál hűvösebb és csapadékosabb az állam nyugati részén a felerősödött déli sugáráramlás miatt. La Niña idején a viharpálya északabbra húzódik, ezért a telek az átlagosnál melegebbek és szárazabbak az állam nyugati részén.