În luna septembrie temperatura medie lunară a aerului este cu 4-5ºC mai joasă față de luna august şi variază între +14ºC în raioanele de nord ale țării și +17ºC în cele de sud. Din punct de vedere meteorologic, anotimpul de vară continuă în medie pînă la 12-23 septembrie, când temperatura medie zilnică trece prin valoarea de +15ºC în direcţia scăderii ei. Cea mai rece lună septembrie pentru toată perioada de măsurători instrumentale a fost în anul 1996, când temperatura medie lunară a aerului s-a încadrat între +10,8ºC (Briceni) şi +13,3ºC (Comrat). Cea mai caldă lună septembrie a fost în anii 2015 și 2020, când temperatura medie lunară a oscilat în teritoriu între +18,4ºC (Briceni) și +21,0ºC (Cahul).

Valorile temperaturii medii zilnice a aerului pe parcursul lunii au oscilat în teritoriu între +2..+4ºC (1977) şi +27..+30ºC (2015). Minima absolută a temperaturii aerului pentru toată perioada de observații constituie -6,3ºC (Soroca, 29 septembrie 1977), iar la suprafaţa solului – -9ºC (Bălţata, 29 septembrie 1977). Maxima absolută a temperaturii aerului a atins +38,6ºC (Fălești, 2 septembrie 2015).

Numărul de zile cu temperatura maximă a aerului de +25°C și mai mult constituie în medie pe teritoriu de la 5 zile (Briceni) până la 11 zile (Tiraspol), iar maximul înregistrat este de 27 zile (Cahul, 1994). Numărul de zile cu temperatura maximă a aerului de +30°C și mai mult constituie în medie pe teritoriu 1-2 zile, iar maximul absolut este de 10 zile (Dubăsari, 2015, Ceadâr-Lunga, 1963, 2015).

În luna septembrie sunt posibile îngheţuri. Cele mai timpurii îngheţuri la suprafaţa solului s-au semnalat pe 7 septembrie 1981 (Bălți, cu intensitatea de până la 0ºC), în aer – pe 17 septembrie 1952 (Briceni, Bălţi, Tiraspol, Leova – cu intensitatea de până la -2,5ºC).

Suma precipitaţiilor căzute pe teritoriul țării în luna septembrie constituie în medie 35-58 mm, iar numărul de zile cu precipitaţii alcătuieşte circa 6-8 zile. Însă au fost ani când pe parcursul lunii în unele raioane precipitaţii nu s-au semnalat (1982, 2005). Potrivit datelor observaţiilor multianuale, cea mai mare cantitate lunară de precipitaţii a atins 359 mm (Sîngerei, 1996), iar cea mai mare cantitate zilnică – 153 mm (Leova, 6 septembrie 2001).

În luna septembrie sunt posibile descărcări electrice şi ceaţă – circa 2 zile.

În unii ani către sfârşitul lunii septembrie poate cădea prima zăpadă (Briceni, 27 septembrie 1977 şi Chişinău, 1906), dar ea se topeşte repede.

Dintre fenomenele meteorologice extreme din această lună cel mai mare pericol îl prezintă ploile torenţiale, care sunt observate în medie o dată în 2-3 ani. Ploile puternice de lungă durată se semnalează în medie o dată în 10 ani. Frecvenţa căderii grindinei se reduce în medie la o singură dată în 6 ani, însă apare pericolul îngheţurilor timpurii, care sunt posibile în medie o dată în 7 ani.