A temperatura média anual em Cocal do Sul fica em torno de 15°C a 20°C. O mês mais quente costuma ser janeiro, quando as temperaturas máximas frequentemente superam a média regional. Já julho é o período mais frio, com mínimas que podem cair bem abaixo da média, dependendo da altitude da cidade.

A estação mais chuvosa em Cocal do Sul ocorre entre junho e os meses seguintes, quando as chuvas se concentram devido à influência de sistemas de baixa pressão e frentes frias na região. A precipitação média anual é de 1.200 mm a 2.200 mm, sendo que os meses mais secos costumam coincidir com o inverno ou a estação seca local, dependendo da latitude.

O melhor período para visitar Cocal do Sul depende do seu interesse. Se prefere temperaturas amenas e menos chuva, julho costuma oferecer dias mais agradáveis para passeios. Para quem busca calor e paisagens verdes, janeiro é ideal, apesar do calor intenso. Turistas que desejam evitar as chuvas intensas devem planejar a viagem fora da temporada de junho.

Em Cocal do Sul, as ondas de calor são comuns durante janeiro, com temperaturas que podem superar 35°C. Já no inverno, geadas são relativamente frequentes e, em eventos raros de massas de ar polar extremo, pode ocorrer precipitação congelada (neve ou chuva congelada) nas áreas mais altas.

No verão, Cocal do Sul vive um período verão quente, com temperaturas entre 25°C e 35°C e chuvas isoladas de trovoada. A umidade relativa costuma subir bastante, tornando as tardes abafadas. No inverno, o clima muda para um período inverno frio e úmido, com temperaturas mínimas entre 0°C e 10°C, geadas e eventual neve. Essa variação é típica da região e afeta desde a escolha de roupas até os horários de maior movimento nas ruas da cidade.