V Bukovských vrchoch sú zastúpené tri klimatické oblasti:
- teplá oblasť s podoblasťou mierne vlhkou, ktorá je charakterizovaná teplou klímou, mierne vlhkou a chladnou zimou. Je rozšírená zhruba do 555 m n. m. Nachádza sa v údolí Ublianky a zasahuje po Stakčín. Podoblasť sa vyznačuje priemernými januárovými teplotami od –3 °C do –5 °C.
- mierne teplá oblasť s podoblasťou vlhkou až veľmi vlhkou (s júlovou teplotou vzduchu vyššou ako 16°C). Patrí tu časť Bukovských vrchov bez pohraničného chrbta. Zrážky tu značne prevyšujú výpar.
- chladná oblasť. Patrí tu pohraničný chrbát
Priemerná ročná teplota vzduchu v Bukovských vrchoch je 4 – 7 °C. Najteplejšie sú údolia pozdĺž hlavnejších riek a tiež aj nižšie chrbty v južných častiach pohoria. Priemerná ročná teplota vzduchu vo vegetačnom období je 10 – 14 °C, pričom nižšie teploty sú v severnejších častiach pohoria. V najteplejšom mesiaci – júli sa priemerná teplota pohybuje medzi 16 – 18 °C. Najchladnejší mesiac – január má priemerné teploty v rozpätí –5 až –7 °C. Najvyššie namerané teploty vzduchu v oblasti NP boli do +37°C, najnižšie do –31°C. Priemerný počet mrazových dní v roku v severných oblastiach Bukovských vrchov je 160 a smerom na juh postupne klesá až na 120 dní.