Климат Японского моря умеренный, муссонный. Северная и западная части моря значительно холоднее южной и восточной. В самые холодные месяцы (январь—февраль) средняя температура воздуха в северной части моря около −20 °C, а на юге около +5 °C. Летний муссон приносит с собой тёплый и влажный воздух. Средняя температура воздуха самого тёплого месяца (августа) в северной части примерно +15 °C, в южных районах около +25 °C. Осенью увеличивается количество тайфунов, вызываемых ураганными ветрами. Наиболее крупные волны имеют высоту 8—10 м, а при тайфунах максимальные волны достигают высоты 12 м.
Поверхностные течения образуют круговорот, который складывается из тёплого Цусимского течения на востоке и холодного Приморского на западе. Зимой температура поверхностных вод от −1—0 °C на севере и северо-западе повышается до +10—+14 °C на юге и юго-востоке. Весенний прогрев влечёт за собой довольно быстрое повышение температуры воды по всему морю. Летом температура воды на поверхности повышается от 18—20 °C на севере до 25—27 °C на юге моря. Вертикальное распределение температуры неодинаково в разные сезоны в разных районах моря. Летом в северных районах моря температура 18—10 °C держится в слое 10—15 м, затем она резко снижается до +4 °C на горизонте 50 м и, начиная с глубин 250 м, температура остаётся постоянной около +1 °C. В центральной и южной частях моря температура воды довольно плавно понижается с глубиной и на горизонте 200 м достигает значений +6 °C, начиная с глубин 250 м температура держится около 0 °C. Солёность воды Японского моря 33,7—34,3‰, что несколько ниже солёности вод Мирового океана.
Приливы в Японском море выражены отчётливо, в большей или меньшей степени в различных районах. Наибольшие колебания уровня отмечаются в крайних северных и крайних южных районах. Сезонные колебания уровня моря происходят одновременно по всей поверхности моря, максимальный подъем уровня наблюдается летом.
По ледовым условиям Японское море можно разделить на три района: Татарский пролив, район вдоль побережья Приморья от мыса Поворотного до мыса Белкина и залив Петра Великого. В зимний период лёд постоянно наблюдается только в Татарском проливе и заливе Петра Великого, на остальной акватории, за исключением закрытых бухт и заливов в северо-западной части моря, он формируется не всегда. Самым холодным районом является Татарский пролив, где в зимний сезон формируется и локализуется более 90 % всего льда, наблюдаемого в море. По многолетним данным продолжительность периода со льдом в заливе Петра Великого составляет 120 дней, а в Татарском проливе — от 40—80 дней в южной части пролива, до 140—170 дней в его северной части.