На территории Северного Казахстана выделяются 4 агроклиматические зоны, совпадающие с ареалами основных почв: засушливая лесостепная, весьма засушливая степная, сухая степная и очень сухая полупустынная.
С севера на юг показатели увлажнения уменьшаются более чем в два раза, обеспеченность же теплом возрастает на 800—1000°. С запада на восток континентальная зима в Северном Казахстане засушливая и продолжительная. Морозный период длится до полугода, отклоняясь от средней нормы на две и более недели в ту или иную сторону. Самый холодный месяц — январь.
Весна короткая, нередки возвраты заморозков в мае и даже начале июня. Последние весенние заморозки бывают обычно 12—15 мая (Павлодар, Целиноград, Петропавловск) и 23 мая (Кустанай, Кокчетав). Лето также короткое. Самый жаркий месяц — июль. Осень продолжительная. После первых осенних заморозков 15—23 сентября обычно устанавливается теплая погода. Положительный фактор — обилие солнца. Большое количество часов солнечного сияния, прохладные ночи и теплые ясные дни второй половины лета способствуют интенсивному формированию корнеплодов.
Однако обилие солнца здесь сочетается с недостатком осадков, выпадающих к тому же неравномерно. Больше всего их приходится на июнь—июль. Характерная особенность климата — сухость воздуха. В мае и июне в сильно засушливые годы влажность воздуха часто снижается до 10—13%, и тогда от воздушной засухи на богаре кормовая брюква и турнепс погибают полностью, а в условиях орошения эти культуры резко снижают урожай. Особенно опасна майско-июньская засуха. Частые сильные ветры зимой вызывают метели, а большая скорость ветра и сухость воздуха весной и летом способствуют образованию пыльных бурь. Число дней с пыльными бурями и их интенсивность возрастает с севера на юг. В лесостепной зоне бывает от 6 до 11 дней с пыльными бурями, в степной — от 12 до 20. Весенние пыльные бури вызывают механические повреждения всходов. Для борьбы с ветровой эрозией эффективна почвозащитная система земледелия, разработанная ВНИИЗХ, а также полезащитное лесоразведение.
На территории Северного Казахстана преобладают степные почвы — черноземы и каштановые. Лишь на юге Тургайской области появляются пустынные бурые почвы. Зональные почвы неоднородны.
Почвы черноземной и каштановой зоны отличаются повышенной солонцеватостью и карбонатностью. Из элементов питания черноземы лучше всего обеспечены калием. По физико-химическим и агрохимическим свойствам черноземы — наиболее плодородные сельскохозяйственные земли Северного Казахстана, и в настоящее время они полностью распаханы.
Валовые запасы азота, фосфора и калия в каштановых почвах достаточно высокие, но подвижных форм питательных элементов в них меньше, чем в черноземах. Пахотнопригодные светло-каштановые почвы относятся к землям низкого качества. Бурые почвы имеют маломощный перегнойный горизонт, чаще солонцеваты. Содержание питательных элементов довольно высокое, однако малое количество осадков не позволяет использовать эти почвы в богарном земледелии.