O clima é tropical litorâneo úmido ou tropical atlântico, classificado como Aw.

Possui um clima quente e úmido, com temperatura média anual de 23 °C e precipitação de 1 646 mm/ano, mais concentrados nos meses de verão.

O mês mais quente é fevereiro, com temperatura máxima de 30°C e o mais frio é julho com mínima de 15 °C. No entanto, devido às diferenças altimétricas, é possível a ocorrência de diferentes climas em Ilhabela, como o tropical de altitude ou mesmo subtropical nas áreas montanhosas e nos picos.

Áreas muito elevadas (acima de 1.000 m) tendem a apresentar temperaturas bastante inferiores às da parte que fica ao nível do mar.

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