Klimat Dolina leży w klimacie suchym – opady roczne nie przekraczają 10 mm i występują głównie w okresie zimowym, kiedy temperatury średnie wynoszą 13,7 °C i w ciągu doby mogą spadać do 1,2 °C. Lata są gorące i suche o średniej temperaturze 28,5 °C, przy czym temperatury dzienne dochodzą do 48,4 °C. Przeważają tu wiatry północne, nawiewając piasek i powodując erozję.
Geologia Geologicznie, Wadi al-Hitan znajduje się w obniżeniu Fajum uformowanym w jurze i ostatecznie ukształtowanym w procesie subsydencji zakończonym w późnym eocenie. Najstarsze skały z eocenu – bartonu lub priabonu – sprzed 40–41 milionów lat temu występują w formacji Dżahannam. Są to przede wszystkim białe wapienie i glina. Występuje w nich wiele skamieniałości kręgowców. Najmłodszą formacją w dolinie jest Kasr as-Sagha z późnego eocenu – górnego priabonu – sprzed 39 milionów lat temu. Występuje w nich wiele skamieniałości bezkręgowców.
Paleontologia W dolinie odkryto ponad 400 skamieniałości wymarłych prawaleni, a także skamieniałości innych zwierząt, m.in. rekinów, ryb piłokształtnych, krokodyli, żółwi, płaszczek i brzegowców. Znajduje się tu największe na świecie nagromadzenie skamieniałych szczątków prawaleni z eocenu.