Xəzər dənizinin dayaz şimal hissəsi hər il donur, amma dənizin dərin digər hissələri isə həmişə donmur. Buzların yaranma əraziləri, müddəti və onun sonrakı inkişafı ilin qış vaxtında dəniz üzərindəki atmosfer prosesləri ilə müəyyən edilir. Sərt qışda Şimali Xəzərin bütün səthi, mülayim qışda isə 3 m izobata qədər olan əraziləri donur. Burada ən böyük buz qatı yanvar-fevral aylarında (sərt qışda sal buzun qalınlığı 70 – 90 sm, mülayim qışda 35 – 40 sm) müşahidə edilir. Orta Xəzər buz əmələgəlmə adətən noyabr ayının axırında, şərq sahillərinin qapalı buxtalarında başlayır. Qərb sahillərində Maxaçqala-Niyazobaya qədər ərazisində sərt qışda ilkin yerli buzlar noyabrın axırında, mülayim qışda isə yanvarda müşahidə edilir. Burada buzların qalınlığı 20 – 25 sm, şərq sahillərində eyni coğrafi enlikdə isə 40 – 45 sm təşkiledir.İsti qış mövsümündə qərb sahillərində ümumiyyətlə buz müşahidə edilmir. Ən sərt qış mövsümündə uzunmüddətli əsən şimal küləkləri üzən buzları qərb sahilləri boyu hərəkət etdirərək Abşeron yarımadasına gətirib çıxa bilər. Axırıncı dəfə bu hadisə 1953-1954 - cü ildə qışda müşahidə edilmişdir, 5 fevral 1954 – cü il tarixində Abşeron yarımadasının şimal hissəsində möhkəm salbuz yaranmışdır. Cənubi Xəzərdə çox nadir hallarda buz yaranır. Qərb sahillərində buz əmələgəlmə dekabr-fevral, şərq sahillərdə isə dekabrın ortalarında (erkən), fevralın əvvəllərində (gec) baş verə bilər. Xəzər dənizində buzların yaşama müddəti geniş intervalda dəyişir. Normal qış mövsümlərində Şimali Xəzərin dayaz sahil zonaları 60 -140 gün, açıq dəniz rayonları isə 10-40 gün buzla örtülür. Qış mövsümündə Şimali Xəzərin suları donur. Adi iqlim şəraitində dəniz noyabr ayının ortalarından donmağa başlayır. Donma sərhədi Çeçen adası ilə Manqışlak yarımadasını birləşdirən xətdən keçir. Buzların dağılması və əriməsi fevral ayının ikinci yarısına təsadüf edir. Qışı sərt olan illərdə Abşeron sahillərinin də donması müşahidə olunmuşdur. Son 70 ildə 6 dəfə Abşeron yarımadası rayonunda donma və buzların dreyfi müşahidə olunmuşdur. Xəzər dənizi və onun ətraf əraziləri üzərində meteoroloji şərait və iqlim Avroasiya materiki üzərindəki atmosfer dövranlarının, dənizin sahil zonasının relyefi və su səthinin təsiri ilə formalaşır. Bir çox hallarda Xəzər üzərində sərbəst dəniz hava kütlələri formalaşır. Qışda əsasən soyuq Arktika havası şimaldan dəniz üzərinə daxil olur. Bu müddətdə, eyni zamanda, İranın dağlıq ərazisindən də hava kütlələri dəniz üzərinə daxil olur və yüksək təzyiqə malik bu iki hava hərəkətinin toqquşması dənizin orta hissəsində siklonik hava dövranı yaradır. Bundan əlavə Qara və Aralıq dənizi siklonları da Xəzərə nüfuz edir. Yaz mövsümündə Sibir antisiklonu və Aralıq dənizi siklonu şərq və şimal-şərqə doğru irəliləməyə imkan tapır, nəticədə sinoptik proseslər və hava kütlələri tez-tez dəyişir. Yayda temperatur kontrastları hamarlaşır, atmosferin aşağı və yuxarı qatlarında dövran prosesləri zəifləyir. Bu mövsümdə Xəzər üzərindəki sinoptik proseslərə əsasən Azor maksimumu təsir edir. Payızın ortalarına doğru Azor maksimumunun təsiri azalmağa başlayır və şərqdən kontinental hava kütlələri daxil olur, atmosferdə qərb daşınmasıgüclənir. Xəzər nisbətən aşağı en dairəsində yerləşdiyindən onun səthinə intensiv günəş şüaları düşür, burada radiasiya balansı müsbətdir və onun qiyməti 60 kkal/sm2. Xəzərin orta və cənub hissələrinin iqlimi mülayim və subtropik, şimal hissəsininki isə kontinentaldır.