O clima que predomina na Caatinga é o semiárido, que apresenta temperaturas elevadas com prolongadas estações secas.
Geralmente, relaciona-se a escassez de chuva no sertão nordestino com a existência da Chapada da Borborema, que dificultaria a entrada de massas de ar úmidas vindas do Oceano Atlântico.
Entretanto, ainda que essa unidade de relevo tenha um papel que deve ser considerado para entendermos o clima semiárido, o principal motivo para a seca na região é a forma como se organizam as massas de ar que formam esse clima.
O formato do relevo da América do Sul e a relação entre as células de alta pressão do Oceano Atlântico são aspectos que fazem com que as massas de ar úmidas sejam desviadas do sertão nordestino, chegando lá com intensidade e frequência bem menores do que em outras regiões.
Para agravar a questão do déficit hídrico da região, o fato de estar bastante próxima à linha do Equador faz com que a evapotranspiração (evaporação total, considerando o vapor saído dos solos, dos corpos-d’água e seres vivos) seja bastante alta.
Isto é, além de não receber muita água das chuvas, o sertão nordestino também perde constantemente um grande volume de vapor de água para a atmosfera. Nessas condições, só poderia se desenvolver uma vegetação adaptada à falta de água e com proteção contra a perda excessiva desta.
Na Caatinga há grande presença de plantas xerófitas. Como características, essas plantas apresentam casca grossa, raízes profundas, caules retorcidos, folhas pequenas e espinhos. As raízes profundas são responsáveis por absorver água das partes inferiores dos lençóis freáticos. Já a casca grossa e as folhas pequenas por sua vez, dificultam a perda de água do corpo da planta para o meio.
Ainda para evitar a perda de água, algumas plantas presentes na Caatinga perdem suas folhas na estação seca. Outras espécies desenvolvem raízes na superfície, o que lhes permite absorver o máximo possível da água que cai nos terrenos nos períodos de chuva. Há também espécies que armazenam água, como é o caso dos cactos.
Xique-Xique, espécie de cacto típico do bioma Caatinga.
Em relação à fauna, a Caatinga abriga 178 espécies de mamíferos, 591 de aves, 177 de répteis, 79 espécies de anfíbios, 241 de peixes e 221 de abelhas. A maioria dos animais encontrados neste bioma tem hábitos noturnos, o que evita a exposição em horários mais quentes.
Os lagartos são muito comuns na região, como o calango verde e o calanguinho. Ainda entre os répteis, também se destacam as serpentes. A cascavel é uma das cobras mais vistas na Caatinga.
Cobra cascavel, réptil facilmente encontrado na Caatinga.
No grupo das aves, encontram-se o carcará, a asa-branca e a gralha-canção. Neste bioma também vivia a ararinha azul, vista pela última vez na natureza em 2000 e considerada extinta pelo Ibama.
Os anfíbios são numerosos na Caatinga. Entre os mais conhecidos, encontram-se o sapo cururu e a jia de parede.
Sapo cururu, anfíbio típico da Caatinga.
Além disso, a Caatinga abriga muitos mamíferos. Neste bioma, podemos encontrar onças, gatos selvagens, capivaras, gambás, macacos-prego e o veado catingueiro, ameaçado de extinção.
