霧是因水汽凝結而生，而在被視為幹燥絕頂的塔克拉瑪幹，一樣有大霧天出現，在沙漠中，一年中霧日就有3天半。一些學者從理論上探討過，雹子在極端幹旱的沙漠區絕不可能出現，可實際上真有出現。冰雹大者如蠶豆大小，打在頭上也很疼痛。
在沙漠腹地，一年中有近10天的雷暴日，有長達140～230天的霜日，甚至有兩天降雪日，積雪深1～5厘米。看到一望無際的大漠一派銀裝素裹，人們真要驚歎大自然的造化神功了。至於因氣候原因形成的自然景觀，如沙漠海市蜃樓、塵卷風等，自然更是魅力無窮了。
現在，讓我們來了解一下塔克拉瑪幹氣候變遷的來龍去脈。
根據氣候學家的推論，在古生代的前半期，大約距今4億年～6億年，地球赤道曾經經過新疆或接近新疆，塔裏木又處於海水浸沒之中，此時的塔克拉瑪幹是處於炎熱而潮濕的熱帶海洋氣候。到古生代後期，從距今兩億多年的石炭紀晚期，海水從塔裏木大規模後退，塔克拉瑪幹從濕熱轉向幹熱，開始了向幹旱的轉化。到了中生代，塔克拉瑪幹的氣候，盡管還是以暖濕為主流，但較之古生代，溫度、濕度都有明顯的降低，從熱帶氣候轉向亞熱帶氣候，趨向幹旱已成定局。
對塔克拉瑪幹現代天氣和氣候影響至關重大的時期是在新生代，特別是新生代中距今200多萬年的第二個紀———第四紀。在這一時期，塔克拉瑪幹的氣候雖然也存在暖幹、冷幹的交替，但總的趨勢由熱向溫轉化、由濕向幹轉化，形成暖溫帶幹旱氣候，塔克拉瑪幹沙漠也於這一時期正式形成。
塔克拉瑪幹氣候經曆了幾億年的變遷，其中的成因和過程是十分複雜的。我們隻需要知道，沙漠是幹旱氣候的產物，它的活動性受氣候變化，特別是其中幹濕變化控製，這是一個經曆了上千萬年變化的過程。沙漠的氣候變化，也跟它的地質變化有密切的關係。從元古代到新生代的前10億年裏，塔克拉瑪幹經曆了從大海到沙漠的滄桑巨變。
我們居住的這個地球，年齡已有46億歲。地質學家們根據生命的進化史，將地球的曆史劃分為隱生元和顯生元兩個大的單元。前一個單元漫長至40億年，後一單元至今已有六億年，並且還在延續。其實，在隱生元中，生命已開始萌動，現在已知的原始植物從35億年前己誕生。不過，像三葉蟲等被生物學家認為是生命始祖的生物，卻是出現在顯生元的。
塔克拉瑪幹沙漠所在的塔裏木地台，形成於10多億年前的元古代，即顯生元第一個地質年代———古生代前的一個地質年代。在元古代中期，塔裏木地台在造山運動作用下進一步增生擴大，出現高差懸殊的地貌景觀。後來在剝蝕作用下，地台的東北、西北、西南的邊緣和地台內部，由於張力而裂開，發生了強烈的沉降。這時，古亞細亞洋的海水，趁勢由東、西兩個方向進入塔裏木地台上的裂穀盆地，形成大麵積海區，開始是在現今的尉犁———庫魯克塔格、柯坪東———阿瓦提、英吉沙———和田這幾片，後來發展為塔裏木北部和西南部兩大海域。
6億年前，在地球進入顯生元的第一個地質年代———古生代後，塔裏木盆地海域進一步擴大，如今的塔克拉瑪幹大部分被海水淹沒，形成一個統一的塔裏木海。塔裏木海甚至一度淹沒到現今的阿爾金山東段。至距今四五億年的奧陶紀初期，海域範圍達到古生代早期的頂峰，甚至殃及昆侖山東段。此時的塔裏木海在東西南北各個方向上均與外海相通，陸地隻有一些狹小的孤島和半島。而從奧陶紀中期，塔裏木海開始自南向北的後退，出現較大麵積的淺海盆地。到奧陶紀晚期，塔裏木海更明顯減小，從柯坪至塔中一線升為陸地。接著，出現了新的造陸運動，進一步促進了海、陸分布格局的變化。此時，海水僅滯留於盆地北部。至距今3.5億年～4億年的泥盆紀中期，海水大規模向西退卻，到了泥盆紀晚期，塔裏木大部分已變為陸地。
但是，大海也不甘心至此退出塔裏木，在距今2.7億年～3.5億年的石炭紀早期，它又卷土重來，重新淹沒了幾乎整個塔裏木盆地，延續了幾千萬年，至石炭紀晚期開始大規模的退卻。又經曆了幾次的反複，至古生代最後一個地質年代，距今2.5億年～2.7億年的二疊紀晚期，海水全部退出塔裏木盆地，塔裏木盆地正式進入大陸盆地發展階段。
到了距今0.7億年～2.25億年的顯生元第二個地質年代———中生代，塔裏木盆地基本以大陸環境為主。在盆地內的地塹區，即地層斷裂下陷的地區，則有大型淡水淺水湖泊存在。由於氣候轉向暖濕。降雨增加，河流活躍，沉積範圍也進一步擴大。盡管在距今七八千萬年的白堊紀晚期，又出現反複的海進、海退，在西塔裏木形成袋狀海灣，但整個盆地漸趨幹旱已基本定局。