Porto Rico connaît un climat tropical maritime, chaud et humide toute l'année, tempéré par les alizés et par l'altitude à l'intérieur des terres. Les écarts de température restent faibles d'une saison à l'autre, alors que les précipitations varient fortement selon les versants et les mois.
La proximité de l'océan limite les amplitudes thermiques et maintient une humidité élevée sur l'ensemble du territoire. L'île se situe entièrement dans la zone intertropicale, ce qui explique la stabilité de la durée du jour et l'absence d'hiver marqué.
La température moyenne annuelle avoisine 27 degrés sur le littoral, avec des maximales proches de 30 degrés en été et de 27 degrés en janvier. Les nuits descendent rarement sous 20 degrés au bord de la mer. Dans la cordillère centrale, les valeurs perdent plusieurs degrés et les matinées deviennent fraîches. Les alizés soufflent du nord-est presque en permanence et rendent la chaleur plus supportable sur les côtes exposées.
La période la plus humide s'étend d'avril ou mai à novembre, avec des averses courtes et intenses souvent concentrées en fin de journée. De décembre à mars, le temps devient plus sec et plus ensoleillé, sans que les pluies disparaissent tout à fait. Les ondes tropicales venues d'Afrique apportent une part importante des précipitations d'été.
La saison des ouragans dans l'Atlantique court du 1er juin au 30 novembre, avec un pic entre août et octobre. L'ouragan Maria a traversé l'île en septembre 2017 et provoqué des destructions considérables ainsi qu'une panne électrique généralisée pendant plusieurs mois. L'ouragan Fiona a causé de nouvelles inondations en septembre 2022. Georges en 1998 et Hugo en 1989 avaient déjà durement touché le territoire.
La cordillère centrale bloque une grande partie de l'humidité apportée par les alizés, ce qui crée une nette opposition entre les deux versants. La côte nord, autour de San Juan, reçoit environ 1 500 millimètres de pluie par an. La côte sud, autour de Ponce et de Guánica, tombe sous les 1 000 millimètres et abrite une forêt sèche protégée, l'une des mieux conservées des Caraïbes.
Les hauteurs de la Sierra de Luquillo constituent le secteur le plus arrosé de l'île. La forêt d'El Yunque y reçoit plusieurs mètres d'eau par an selon l'altitude, ce qui entretient une végétation dense, des fougères arborescentes et de nombreuses cascades. Les nuages y stagnent une grande partie de la journée, même en saison sèche.