Климат заповедника имеет характерные признаки континентальности. Среднегодовая температура составляет +9,2°С. Зимы преймущественно малоснежные, мягкие, но бывают суровые, когда морозы достигают -36°С.
Лето достаточно жаркое. Около нагретого гранита температура воздуха в июле и августе может достигать +40°С. Большую часть года здесь дуют сильные ветры, в направлении которых преобладают восточное и северо-восточное. Весной бывают черные бури. Осадков немного, чаще всего от 400 до 430 мм. Количество суток с осадками зимой больше, но летние осадки более обильные. Летние ливни часто проходят полосами, и влага распределяется неравномерно.
Грунт на большей части заповедника - это обычные и малогумусные черноземы. В долине речки Коротыш грунт лучный, иногда с признаками засола. Возле подножия гранитных горбов и их вершин грунт каменисто-щебнистый, вследствие разрушения гранита. Выходы гранита на поверхность занимают половину площади заповедника и достигают почти 200 га.
Благодаря геоморфологическим, геологическим, климатическим и грунтовым особенностям в заповеднике создались разнообразнейшие условия для растительного и животного царства. Верховья и склоны гранитных горбов вследствие векового выветривания и размывания имеют многочисленные, очень своеобразные формы. Много гротов, скал с химерическими очертаниями. Среди них есть тенистые ущелья, равные щебенистые плоскогорья. Своеобразны долина и берега речки Коротыш и впадающих в нее ручьев. В долине между двумя гранитными кряжами на четвертичных лессовых отложениях сформировались обычные малогумусные черноземы глубиной 55-65 см.
Своеобразность рельефа, особенности отслоений горных пород, пестрота условий произрастания флоры на Каменных Могилах - все это издавна интересовало ученых.