Mit zunehmender Höhe nimmt die Lufttemperatur ab. Die Standortexposition ist ein weiterer wichtiger Klimafaktor. Der größte Unterschied in den klimatischen Bedingungen besteht zwischen den Tälern auf der Westseite des Parks, die sich zum Mittelmeer hin öffnet und daher ein milderes Klima aufweist und den Tälern im Nordosten, die vom raueren kontinentalen Klima betroffen sind. Dieser Unterschied ist in der kalten Jahreszeit am größten.
Die höchsten mittleren Jahrestemperaturen sind im Juli und die niedrigsten im Januar: Nur in Höhen zwischen 2.000 und 2.200 Meter und höher sind die Lufttemperaturen im August am höchsten und im Februar am niedrigsten. Die Durchschnittstemperaturen liegen im Juli zwischen 20 °C (Tolmin) und 5,8 °C (Kredarcia). Die kältesten Monatstemperaturen liegen zwischen 0,6 °C (Tolmin) im Januar und -8,7 °C im Februar (Kredarcia).
Das vielfältige Relief weist eine große Anzahl windgeschützter Täler und Becken auf, die in der kalten Jahreszeit ideale Bedingungen für die Entstehung von Temperaturinversionen (Umkehrwetterlage) und Kaltluftseen bieten. Schalenförmige Becken, die das Entweichen kalter Luft verhindern, sind häufig durch Nebel und niedrige Bewölkung versperrt, wodurch die Länge der Sonneneinstrahlung erheblich verkürzt wird.
Der Nationalpark ist reich an Niederschlägen. Der durchschnittliche Niederschlag steigt mit der Höhe und übersteigt satte 1.500 mm. Im Großteil des Parks übersteigen die Niederschlagsmengen 2.000 mm und erreichen den höchsten gemessenen Wert von 2.934 mm (Dom na Komni).
Durchschnittlich fällt an 134 (Tolmin) bis 175 (Kredarica) Tagen im Jahr Niederschläge (Mindestniederschlagsmenge 0,1 mm). Mit Ausnahme von Kredarica ist die höchste Anzahl an Niederschlagstagen im Herbst (September, Oktober, November) und die niedrigste Anzahl in den Wintermonaten (Dezember, Januar, Februar) zu verzeichnen, während im Sommer (Juni, Juli, August) die Anzahl der Niederschlagstage höher ist als im Frühling (März, April, Mai) im gesamten Parkgebiet außer in Bovec und Dom na Kredarica. Es ist nicht ungewöhnlich, dass der tägliche Niederschlag über 100 mm beträgt. Die höchste tägliche Niederschlagsmenge wurde in Bovec gemessen (363 mm).
Schnee ist abhängig von den Temperaturbedingungen. Die geringste Anzahl an Tagen pro Jahr mit Schneedecke wird im Soča-Tal verzeichnet, wo noch immer ein schwacher Einfluss des Meeres zu spüren ist (Tolmin mit 20 und Bovec mit 65 Schneetagen)
Die Zahl der Schneetage ist im Sava-Teil des Parks deutlich höher (Rateče 132 Tage und Stara Fužina 110 Tage). Dom na Komni verzeichnet 190 Schneetage, auf Kredarcia sind es 265 Tage. Die höchste Schneedecke wurde auf Kredarica mit 690 Metern gemessen.