如果将沙漠比作人，那么它的天气就是人的表情，塔克拉玛干沙漠的表情是神秘莫测的。许多学者认为，塔克拉玛干是“干旱之极”，没有降水，湿度基本为零。几千年来，没有过关于塔克拉玛干气候的正规记录，而一些“亲临”的人，又因时间、条件所限，所见又十分局部，所传达的信息自然难以准确，所以塔克拉玛干沙漠的天气始终是一个谜。
沙漠气候，不是干、热两个字所能简单概括的，是由复杂的天气要素组成的。 地球上最热的地方，不是在赤道，而是在沙漠地区。目前世界上气温的最高纪录是57．8℃，那是1922年9月和1933年8月，分别在利比亚的阿济济亚和墨西哥的圣路易斯测得的。前者在地中海南岸，其南为举世闻名的撒哈拉大沙漠；后者在墨西哥中部，位临北美沙漠。
根据上面的分析，塔克拉玛干沙漠腹地理应是塔里木的高温中心。实际并非如此。在塔克拉玛干有三个高温区，一个在麻扎塔格山之南，一个在若羌县之东，一个在偏北的满西之北。这三个地方7月份的平均气温均超过长江三大火炉。而真正作为沙漠中心的塔中地区，气温却低于上述三处。
按绝对最高温而言，沙漠中超过40℃的日子并不多，极值也不过42．7℃。这种现象的出现，主要是沙漠的广袤，使其具有很强的散热能力。至于人们在沙漠中觉得酷热难熬，原因是沙漠中没有遮蔽之处，一直曝晒于烈日之下，加上极度的干旱，增强了炎热的感觉。只要制造一个遮蔽的环境，例如打一顶太阳伞，你马上会有一种凉爽的感觉。
传言塔克拉玛干沙漠的风暴，是湮埋这一地区古代文明的重要原因。其实，塔克拉玛干沙漠腹地大风并不多，并且在高大沙丘区，沙丘移动十分缓慢，一年移动距离不足一米。所以，人们常说的历史时期以来，塔克拉玛干沙漠向南移动了80至100千米的说法是不对的。
历史时期以来，塔克拉玛干新增沙漠化土地不过三万多平方千米，即使全部摊到塔克拉玛干南缘，也不过平均4千米的距离。这是因为原来就在沙漠中的城镇、丝路在废弃后被沙埋所造成的沙漠大规模向南移的假象，实际上，这些遗址南面原先也是沙漠，它们的废弃造成了南北沙漠合二为一的结果。
但是，我们也不能忽视大风所带来的危害。在沙漠外围地区，由于风力活动，会使一些低矮的沙丘每年移动几十米至上百米，对绿洲造成严重危害。而且，由于塔克拉玛干沙漠的沙粒十分微细，在很小的风力下就会启动。别的地方起沙风达到每秒六米，而在塔克拉玛干在风力每秒四米时就能起沙，使塔克拉玛干成为我国西北地区沙尘暴一个重要策源地。
在沙漠腹地，一年中有近十天的雷暴日，有长达140到230的霜日，甚至有两天降雪日，积雪深1—5厘米。看到一望无际的大漠一派银妆素裹，人们真要惊叹大自然的造化神功了。至于因气候原因形成的自然景观，如沙漠海市蜃楼、尘卷风等，自然更是魅力无穷了。
塔克拉玛干气候经历了几亿年的变迁，其中的成因和过程是十分复杂的。我们只需要知道，沙漠是干旱气候的产物，它的活动性受气候变化，特别是其中干湿变化控制，这是一个经历了上千万年变化的过程。沙漠的气候变化，也跟它的地质变化有密切的关系。从元古代到新生代的前十亿年里，塔克拉玛干经历了从大海到沙漠的沧桑巨变。
我们居住的这个地球，已有46亿岁的年龄。地质学家们根据生命的进化史，将地球的历史划分为隐生元和显生元两个大的单元。前一个单元漫长至40亿年，后一单元至今已有六亿年，并且还在延续。其实，在隐生元中，生命已开始萌动，现在已知的原始植物从35亿年前己诞生。不过，像三叶虫等被生物学家认为是生命始祖的生物，却是出现在显生元的。
关于塔克拉玛干沙漠的年龄，有过许多的说法。我国权威的沙漠学家、前中国科学院兰州沙漠研究所所长朱震达研究员认为，塔克拉玛干沙漠是第四纪中更新世以来形成和发育的，也就是说只有14万年的历史。这种认识在很长一段时间被绝大多数学者所接受和认同。
而上世纪80年代以来，一些石油地质学家和古生物学家却提出了不同的意见，他们认为塔克拉玛干沙漠在第三纪中新世或上新世即已形成，将沙漠年龄一下提高到100万年～2500万年，他们中保守一些的人也认为塔克拉玛干沙漠至少形成于第四纪早更新世，距今也有120万年之久。不过，也有少数人认为，塔克拉玛干沙漠是在第四纪晚更新世末，甚至全新世时才形成的，沙漠年龄不过一两万年。
相关阅读：山海经全文的作者是谁 中国十大未解之谜简介