Temperatura powietrza na pustyniach jest wysoka, przynajmniej latem i bardzo zmienna; maksymalna na pustyniach gorących może zbliżać się do 60 °C, minimalna spada poniżej 0 °C, a na chłodnych pustyniach Azji Środkowej do 30 °C; występują znaczne dobowe (do 30-40 °C) i roczne wahania temperatury (zwłaszcza w środk. Azji, gdzie dochodzą do 60 °C). O temperaturze decyduje zarówno szerokość geograficzna, jak i wysokość nad poziomem morza, a przyczyną olbrzymich różnic temperatury między dniem a nocą jest niska wilgotność powietrza. Tylko na pustyniach mgielnych, przy stale istniejącym zachmurzeniu, dobowe wahania temperatury są minimalne. Istotna dla organizmów żyjących na pustyni jest też temperatura gruntu, która może osiągać w południe 70-85 °C, a w nocy obniża się poniżej 0 °C.