Das südliche Drittel der Ostsee befindet sich in der gemäßigten Klimazone, die bei Dänemark noch ausgesprochen maritime Züge trägt, nach Osten hin jedoch im Bereich
des Kontinentalklimas liegt.
Der nördliche Teil, insbesondere der Bottnische Meerbusen, ist geprägt durch
das kalte Klima der borealen Nadelwälder. Ihr nördlichster Punkt liegt unweit des
Polarkreises.
Die Ostsee kann selbst kaum zu einem klimatischen Ausgleich beitragen. Sie ist einerseits
vom wärmenden Golfstrom abgekoppelt. Andererseits ist ihr Salzgehalt gering. Daher
vereist sie jeden Winter und verursacht dann sogar eine Verstärkung des
kontinentalen Klimas. Durchschnittlich kann es bis zu 5 vereiste Monate im Jahr
geben, insbesondere im Bottnischen Meerbusen. Sogar an der deutschen Ostseeküste können Eisschichten in kalten Wintern eindrucksvolle Mächtigkeiten erreichen.
Nur einige Inseln, wie Bornholm, genießen ein ungewöhnlich mildes Klima.