A Cidade do México é tão grande que tem vários microclimas dentro do clima da cidade. Curiosamente estes microclimas coincidem com os climas do país. Por exemplo, no norte da cidade é árido, em contraste com o sul, que conta com muito mais vegetação e humidade. O centro é uma zona intertropical, com temperaturas altas, mas esta condição pode ser modificado devido a altitude e relevo, 75% do território tem clima temperado, 23% de semi-frio e 2% de clima semi-seco.
No norte, noroeste, centro, centrosul e leste, se distribui o clima temperado. Esta extensa zona tem uma altitude que vai de 2.250 m em Iztapalapa a 2.800 m na Sierra de Guadalupe, nas áreas orientais da Sierra de las Cruces e na Sierra Ajusco-Chichinautzin; a temperatura média anual varia de 12°C nas partes mais altas a 23°C nas altitudes menores; na mesma ordem, a precipitação total anual vai de 1.234 a 600 mm.
O clima semi-frio se localiza na região sul e noroeste-sudeste e comprende os terrenos de maior altitude (de 2.900 m acima) e nas Serras las Cruces e Ajusco-Chichinautzin. Sua temperatura média anual chega a 12°C e nas partes mais baixas da região e a 5°C nas serras; a precipitação total anual vai de 1.000 a 1.500 mm.
No sudeste e sul da capital apresenta-se um clima semi-frio com muitas chuvas de verão. Cobrindo 10% da superfície da região e arredores ocidentais e no sul das Serras de Cruz del Marqués (Ajusco) e Pelado, e no vulcão Chichinautzin. A temperatura média anual varia dentro do mesmo padrão de clima semi-frio, mas a precipitação total anual é um pouco maior, de 1.200 a 1.500 mm.
A região de menor umidade está situada nos arredores do Aeroporto Internacional da Cidade do México pertencente ao clima semi-seco temperado com chuvas de verão, que tem como características distintas de temperatura média anual de 14° a 18°C e uma precipitação total anual de 500 a 600 mm.