Здешней зиме, самому продолжительному времени года, свойственны устойчивая морозная погода, сильные ветры, неглубокий и неравномерно залегающий снежный покров. Заморозки и снегопады здесь нередки и летом, но особенно холодно на острове в феврале и марте, когда температура воздуха неделями не поднимается выше минус двадцати — тридцати градусов. Ветер то и дело рождает пургу: с ураганной скоростью несет он снежную пыль, оголяет вершины, в низинах наметает сугробы, по прочности похожие на бетон. Лето на побережье острова обычно прохладное, туманное и дождливое. В центральных частях острова, отгороженных от моря горами, летом гораздо теплее, чаще проглядывает солнце. Случаются (хотя и не каждый год) даже жаркие дни, когда островитяне с удовольствием купаются в речках, загорают и нежатся на роскошных песчаных пляжах (такие дни выдавались, например, летом 1960 г.).
Рек на острове довольно много, но большинство их бывает многоводно лишь весной, во время таяния снега. Летом реки сильно мелеют, а к осени превращаются в жалкие ручейки. Исключение составляют лишь наиболее крупные реки — Мамонтовая и Клер; название «ручьи» к ним не подошло бы даже осенью. Озера здесь невелики по площади, мелки и сосредоточены главным образом в тундре Академии. Островные побережья большую часть года скованы ледяным панцирем и окружены хаотическими нагромождениями торосов.
Льды обычно отходят от берегов в конце июля — в августе, но в сентябре — октябре они вновь смыкаются. Впрочем, бывают годы, когда море у острова вовсе не вскрывается. Интересно геологическое прошлое острова Врангеля. Еще в четвертичное время он был частью Берингии — обширной суши, некогда соединявшей Азию с Америкой, и выглядел иначе, чем теперь. По мнению геологов, это была слабо всхолмленная равнина с группой невысоких гор в центре и несколькими широкими речными долинами. Около пятидесяти тысяч лет назад море отделило остров от материка. Впоследствии здесь происходили подъемы и разломы земной коры, остров подвергался выветриванию, воздействию морских вод и прибрежных льдов, неоднократно испытывал оледенения, хотя ледники здесь и не достигали больших размеров и не покрывали всей его поверхности.
Большинство исследователей считает Берингию центром формирования арктической фауны и флоры. Правда, о населявшем ее животном мире теперь напоминают лишь остатки костей мамонтов и северных оленей, вымываемые из берегов островными реками. Зато растительность острова очень своеобразна, богата видами и характеризуется большой древностью. В самом деле, только трав, кустарников и кустарничков здесь обнаружено сто шестьдесят видов, в то время как на Новосибирских островах их насчитывается семьдесят шесть, на островах Северной Земли — сорок шесть, на Новой Земле — семьдесят, а на архипелаге Земли Франца-Иосифа — всего тридцать шесть. Флора острова содержит много реликтов. Исконная арктическая растительность на этом «осколке» Берингии, следовательно, не была уничтожена ледниками, и в то же время море препятствовало проникновению сюда с юга потока позднейших мигрантов.