Suhu air di Teluk California umumnya mengalami paras terendah 16 °C (61 °F) pada musim sejuk dan tertinggi 24 °C (75 °F) pada musim panas. Tetapi suhu boleh berbeza dari di teluk, dan air adalah hampir sentiasa lebih panas di pantai berbanding laut terbuka.Sebagai contoh, perairan sekitar La Paz mencapai 30 °C (86 °F) pada bulan Ogos, manakala air di bandar jiran Cabo San Lucas, hanya mencapai 26 °C (79 °F).[1][6][7][8]

Kadang-kadang, utara Teluk California akan melalui musim sejuk yang ketara sejuk. Air di Teluk Utara kadang-kadang boleh jatuh di bawah 8 °C (46 °F), yang boleh membawa kepada kematian besar organisma marin. Haiwan yang paling mudah terdedah kepada penurunan yang besar dalam suhu air termasuk alga makroskopik dan plankton.[3]