山东省年平均气温大体上遵循了自西南向东北递减的分布规律，但地区之间的差别并不算大。大多数城市的年平均气温都在13℃左右，济南地区的年平均气温稍高，能达到14.7℃，这也是全省年平均气温最高的地方。半岛的丘陵地区年平均气温较低，一般都在11.4℃至11.9℃之间，鲁北和丘陵地区以外的半岛地区基本都在12℃至12.9℃之间。
气温的地理分布及变化特征与纬度、地形、海陆分布、太阳辐射是密切相关的。山东的南北跨度大约为4个纬度，并且地形复杂，对气温的影响十分明显。年平均气温随着纬度的增加而降低，冬季平均气温随着纬度每增加1°，就会降低0.9℃。而气温还受到海拔高度的影响，海拔越高气温越低，泰山的年平均气温是5.6℃，比山脚下的泰安低了7.4℃，相当于每上升100米，气温就下降0.53℃。山东半岛伸入黄海之中，总海岸线长达3000千米，因此海洋对沿岸地区的气候影响很大，使得冬季气温升高，夏季气温降低，气温日较差和年较差减小，春季和夏季又受到海洋影响，气温上升较慢，使年平均气温较内陆明显偏低，秋季和冬季则相反。