Észtország az óceáni és a kontinentális éghajlatok átmeneti területein található. Éghajlatát elsősorban az Atlanti-óceán  - és az Észak-atlanti-ármalat - közelsége, illetve az óceán északi területei fölött zajló intenzív ciklonális tevékenység (Izlandi minimum) befolyásolja. Ez utóbbi tehető felelőssé az időjárás változékonyságáért. Az uralkodó nyugati szelekkel érkező nedves tengeri légtömegek mélyen a kontinentális területek fölé áramlanak: a hidegebb félévben a szélességi körnek megfelelőnél érezhetően enyhébb, a melegebb félévben hűvösebb időjárást okoznak. Ennek köszönhetően az évi átlagos középhőmérséklet jelentősen magasabb, mint a kontinentális területek azonos szélességi körén.

Az észtországi időjárásra természetesen a kelet felől érkező szelek is kifejtik hatásukat: a hideg, arktikus eredetű légtömegek betörése a tél második felében, tavasszal és a nyár elején gyakoribb. Néha előfordul azonban az is, hogy a déli ciklonális rendszerek nyáron különösen északra szoríthatják a tropikus légtömegeket.

Észtország nagy földrajzi szélessége az oka, hogy a téli és nyári fényviszonyokban nagy különbségeket tapasztalhatunk. A legrövidebb nappal hossza a téli napforduló idején Tallinnban 6 óra 39 perc, Dél-Észtországban 6 óra 39 perc, a leghosszabb nap a nyári napfordulókor 18 óra 40 perc és 18 óra 10 perc. Az évi napsütéses órák száma 1600 és 1900 óra között mozog, a parti területeken ez az érték magasabb, a belső területeken alacsonyabb.

Az átlagos évi besugárzási mennyiség körülbelül 3500 MJ/m2. Ebből közvetlen sugárzásként 1700 MJ/m² éri el a felszínt, a fennmaradó részt a  szórt sugárzás teszi ki. Az összes besugárzott energiamennyiség 63%-a négy hónap alatt (májustól szeptemberig) érkezik. Novembertől februárig a sugárzási egyenleg negatív. Az éves sugárzási egyenleg Észtországban 1200-1400 MJ/m² között mozog.

Észtország területének hőmérsékleti különbségeit elsősorban a Balti-tenger alakítja. A téli időszakban a parti területeket a tenger fűti, ennek megfelelően az izotermák észak-déli futásúak, a keleti országrész hidegebb, a nyugati melegebb. A januári középhőmérséklet Közép- és Kelet-Észtországban  -6° -7°C, a nyugat-észt szigetvilágban -2° -4°C. A parti területek leghidegebb hónapja a február.

Tavasszal a belső területek sokkal gyorsabban melegszenek fel, mint a tenger, ezért a tengerparti területek hőmérsékleti értékei fokozatosan elmaradnak a belső területekétől. A májusi középhőmérsékleti értékek különbségei elérhetik a 3,5°C-t. A nyár folyamán a területi különbségek lassan kiegyenlítődnek. A júliusi átlaghőmérséklet 16,0°C és 17,4°C között mozog. Ősszel a belső területek sokkal gyorsabban hűlnek ki, mint a partvidék, a tél közeledtével a hőmérsékleti különbségek ismét növekedni kezdenek.

Az évi átlagos középhőmérséklet Észtországban  4,3°C és 6,5°C között mozog, ennél a fennsíkokon alacsonyabb, a szigetek nyugati partvidékén magasabb. A legmagasabb nappali hőmérsékletet (35,6°C) 1992. augusztus 11-én Vőruban mérték, a legalacsonyabbat (-43,5°C) 1940. január 17-én Jőgevában.

A vegetációs periódus hossza Észtországban 180-195 nap, a fagymentes időszak hossza 110-190 nap (a tengerpartokon természetesen magasabb értékek jellemzőek).

Az átlagos évi szélsebesség Észtország belső területein 3 m/s alatt marad, a nyílt tengeren viszont akár 6 m/s is lehet. Még nagyobb különbséget figyelhetünk meg a viharok gyakoriságában. Amíg a belső területeken viharos erejű szelek (15 m/s felett) talán évente csak egyszer fordulnak elő, a nyílt tengeren és a parti sávban akár 30-40 napra jellemzőek.

Észtországban a csapadék mennyisége meghaladja az összes párolgás mértékét. Az évi átlagos légnedvesség 80-83% (magasabb a téli hónapokban, legalacsonyabb májusban: átlagosan 70%). A felhőborítottság átlaga 7 pont, a legfelhősebb időszak a november-december (8-9 pont), legkevesebb a felhő május-júniusban (5-6 pont). A tengerparti sávban a felhőborítottság sokkal kisebb, mint a belsőbb területeken.

Az évi átlagos csapadékmennyiség 550-800 mm között váltakozik. A legalacsonyabb csapadékértékek a tengerparti sávban fordulnak elő (különösen száraz ezeken a területeken a tavasz és a nyár első fele). A csapadékban leggazdagabb területek a fennsíkok és a nyugati tengerparttól 30-60 km távolságra található pártíz km széles sáv. Ez utóbbi területeken leginkább ősszel és a tél elején esik. Az abszolút maximális évi csapadékérték 1157 mm, a legmagasabb havi érték 351 mm, a legnagyobb egy nap alatt hullott csapadékmennyiség pedig 148 mm volt.

A hóborítottságot nagy területi és időbeni különbségek jellemzik. Az átlagos hótakaró Észtországban 75-135 napig marad meg, a minimális érték Saaremaan, a maximális pedig a Haanja- és a Pandivere-fennsíkon jellemző.