La mayor parte del norte del estado está dentro del Desierto de la Gran Cuenca, un desierto frío que experimenta temperaturas cálidas en verano y de congelación en invierno.

En ocasiones, la humedad del Monzón de Arizona causa tormentas de verano, y las tormentas del Pacífico suelen cubrir de nieve la zona.

La frontera con Arizona incluye el río Colorado y la Presa Hoover. El estado está atravesado por varias sierras que van de norte a sur. Entre la mayoría de ellas se encuentran valles de drenaje.

El río Humboldt fluye de este a oeste por la parte norte de Nevada y desemboca en el Humboldt Sink cerca de Lovelock. Varios ríos fluyen de Sierra Nevada hacia el este, como el Walker, el Truckee y el Carson.

Las sierras (algunas de las cuales tienen picos que superan los 3.600 metros) albergan exuberantes bosques muy por encima de las llanuras desérticas. A menudo, la altitud a la que se encuentran los valles no baja de los 900 metros.

El tercio sur del estado, que comprende la zona de Las Vegas, está en pleno Desierto de Mojave. Recibe menos precipitaciones en invierno, pero está más próxima al Monzón de Arizona en verano. El terreno es más bajo, en su mayoría por debajo de los 1.200 metros, lo que hace que la temperatura diurna en verano sea muy alta y la nocturna en invierno muy baja, debido a la inversión térmica.

Nevada y California comparten la frontera diagonal interestatal más larga, con más de 640 km (existen algunas fronteras diagonales más, aunque mucho más pequeñas, en los estados del noreste y en Washington, D.C.). Todos los demás límites estatales o bien son meridianos o paralelos, o bien son irregulares y se corresponden con ríos, montañas, lagos, etc.

La mayor cadena montañosa del sur del estado son las Spring Mountains, situadas inmediatamente al oeste de Las Vegas. El punto más bajo de Nevada está a lo largo del curso del río Colorado, al sur de Laughlin.

Nevada tiene un clima desértico, con dos estaciones bien definidas. Los inviernos del estado son largos y muy fríos, mientras que los veranos son cálidos en su mayor parte. No obstante, a causa de su clima desértico, el estado registra grandes variaciones de temperatura entre el día y la noche. Por ejemplo, Reno en ocasiones registra diferencias entre la máxima y la mínima temperatura de un determinado día mayores que 25°C. La región sur es la que experimenta las mayores temperaturas medias durante todo el año, gracias a su baja altitud y a su menor latitud en relación al resto del Estado.

En invierno, las menores temperaturas medias anuales se registran en el noreste de Nevada, y las mayores en su parte sur. La temperatura media de Nevada es de -4°C en el noreste, -3°C en el norte y 6°C en el sur. Por su parte, la media de las mínimas es de 2°C en el sur y de -10°C en el nordste, y la media de las máximas es de 13°C en el sur y 4°C en el noreste. Las temperaturas extremas varían entre -40°C y 22°C. La menor temperatura registrada en Nevada fue de -46°C, el 8 de enero de 1937, en San Jacinto.

En verano, las mayores temperaturas medias anuales se registran registradas en el sur de Nevada, y las menores, en las regiones de mayor altitud y en el norte en general. La temperatura media en el sur es de 30°C, y de 21°C en las regiones de mayor altitud y en el norte. La media de las mínimas es de 21°C en el sur y de 7°C en regiones de mayor altitud y en el norte. La media de las máximas es de 40°C en el sur y de 29°C en las regiones de mayor altitud y en el norte del Estado. La mayor temperatura registrada en Nevada fue de 52°C, medida en Laughlin el 29 de junio de 1994.

Nevada tiene la menor tasa de precipitación media anual de lluvia de todo Estados Unidos. Sólo las regiones de mayor altitud reciben más de 60 centímetros anuales de lluvia. Sin embargo, la mayor parte de Nevada recibe menos de 30 centímetros anuales. El norte en general posee una precipitación media anual de 35 centímetros, mientras que las regiones de menor altitud, que ocupan todo el sur y gran parte del oeste de Nevada, reciben menos de 20 centímetros. Las tasas de precipitación media anual de nieve en Nevada varían de 750 centímetros en la Sierra Nevada a menos de 2,5 centímetros en el sur.