Климат острова субэкваториальный муссонный с сухим и влажным сезонами.
Азиатский муссон приходит на остров с северо-запада в декабре - феврале, австралийский - с юго-востока в апреле-октябре.
К северу от центральной горной цепи период дождей - с октября по май; к югу от хребта наблюдаются два сезона дождей: декабрь - март и май - конец июля.
Среднемесячная температура 25-27ºС. Годовое количество осадков 1500-2000 мм (наиболее увлажнена южная часть страны).
В горах довольно прохладно: вечером не обойтись без свитера, а то и пальто.
Рельеф Тимора преимущественно горный: с северо-запада на юго-восток территорию острова пересекает сильно расчленённый глыбово-складчатый хребет (наивысшая точка - гора Татамайлау (переводится как "дед гор") в хребте Рамелау, 2963 м., на Восточном Тиморе), круто обрывающийся к северному побережью. Многие вершины также превышают 2000 м над уровнем моря - Катераи, Дарулау, Каблак, Куолу, Боикау. Тиморские легенды о "великом потопе" гласят, что некоторые вершины на Тиморе не были покрыты водой и там появились люди.
Вдоль южного побережья тянутся низменные аккумулятивные равнины.
Со склонов гор стекают небольшие горные реки - Лоес, Лакио, Сейкал, Бе-Лулио.
Леса занимают треть территории острова: на севере встречаются листопадные, на юге — влажные вечнозелёные леса. В результате вырубки коренные леса на значительной территории замещены вторичными саваннами с акациевыми рощами, единичными огромными эвкалиптами, казуариной, чередующихся местами с участками труднопроходимых жёстких трав - "аланг-аланг". Южная равнина превратилась в саванну с рощами пальм, зарослями бамбука и папоротника.
На юге и востоке Тимора много кокосовых и саговых пальм.
Вдоль северного побережья - мангровые заросли. В горных и предгорных районах растут леса из сандалового дерева.
Кое где на горных склонах сохранились хвойные леса (в прошлом покрывавшие значительную площадь острова) из сосны даммары (агатис), дающую ценную даммаровую смолу, используемую в производстве высококачественных лаков.
Горы покрывают большую часть острова, а сельскохозяйственные угодья занимают лишь 5% его площади.
Фауна довольно бедна, но интересна наличием видом характерных для австралийской фаунистической области. В горных лесах ещё встречаются олени, горные козлы и дикие свиньи "бабируссу". Из сумчатых встречается кускус, распространённый также на соседних Молуккских о-вах, Новой Гвинее и Австралии.
Много птиц, в том числе попугаи семейства какаду (обитают также на Новой Гвинеи, Молуккских остовах, о-ве Сулавеси, Австралии).