Une température élevée a aussi un effet indirect: elle accélère la décomposition des matières organiques dans le sol, ce qui tend à faire diminuer leur quantité et donc à réduire la capacité de rétention d'eau du sol. Cette diminution de la quantité d'eau disponible engendre un stress pour les cultures.
Les effets directs et indirects sont une menace pour la production. Plus une plante est dans les premiers stades de son développement et plus elle est sensible aux évènements météorologiques extrêmes.

Lorsque la température optimale du développement d'une plante est dépassée, le rendement des cultures baisse; cette température optimale varie d'une plante à l'autre.

La plupart des plantes cultivées craignent les hautes températures, même pendant des laps de temps courts. Une température de l'air entre 45 et 55°C pendant une demi-heure abîme directement les feuilles des plantes dans la plupart des cas, et même des températures plus basses (entre 35 et 40°C) peuvent être graves si elles persistent. Au delà de 36°C, le pollen de maïs perd de sa viabilité et une température de 20°C est nuisible à la formation et au grossissement du tubercule des pommes de terre.

La capacité d'une plante à supporter les hautes températures est variable suivant son stade de développement, le moment le plus critique étant pendant les phases de reproduction: lors de la formation des soies pour le maïs ou des grains pour le blé ou de la floraison du soja. Les cultures de soja semblent mieux supporter les températures élevées, compte-tenu de leur développement plus continu.

Les précipitations sont certainement le facteur le plus important en terme de productivité des cultures car elles sont le principal apport d'eau dans le sol. Les modèles climatiques prédisent une augmentation globale des précipitations, mais aussi un changement des régimes hydrologiques (en plus ou en moins) dans de nombreux endroits: le total des précipitations pendant une saison donnée pourra être modifié. Ces modifications peuvent amener une augmentation journalière et un changement saisonnier de l'évapotranspiration (causés par une température plus élevée, un air plus sec, plus de vent...) auxquels les plantes sont aussi sensibles.

La sécheresse peut aussi être causée par le manque de précipitation sous forme de neige, ou par la fonte trop précoce des neiges. Dans les zones arides, ceci peut conduire à un niveau anormalement bas des rivières ou des bassins qui servent ensuite à l'irrigation. De même, des épisodes d'humidité trop élevée, de gel ou de grêle nuisent au rendement et à la qualité des fruits et légumes (et aussi du maïs et autres graines).

De même que pour les températures trop élevées, le manque d'eau est surtout néfaste pendant les phases de reproduction (floraison, pollinisation, remplissage des grains). On peut lutter contre les effets de la sécheresse en plantant tôt dans la saison des plantes sélectionnées pour leur développement rapide; la jachère et le contrôle des mauvaises herbes peut aider à conserver l'humidité du sol.

D'un autre côté, les périodes très humides nuisent aussi aux récoltes. Les plantes se noient dans un sol détrempé ou meurent à cause du pourrissement de leurs racines dans l'eau, et les insectes prolifèrent. Les chutes de pluie très intenses abîment les jeunes pousses et favorisent l'érosion du sol. Les dégâts causés dépendent de la durée des pluies ou des inondations, du stade de développement des plantes et de la température de l'air et du sol.