Temperatura wód powierzchniowych w okresie letnim jest stosunkowo wysoka (3-5 °C w zachodniej części, 1-3 °C we wschodniej), jednak znacznie niższa od temperatury wód w Zatoce Hudsona. W głębszych warstwach wód cieśniny zasolenie wzrasta, przekraczając 32-34 PSU, temperatura w ciągu całego roku pozostaje ujemna.
W okresie zimowym (przeciętnie listopad-maj) Cieśnina Hudsona jest niemal w całości pokryta ciężkim (1-2 m) lodem morskim uniemożliwiającym żeglugę. Jeszcze w sierpniu-wrześniu w zachodniej części cieśniny występują dryfujące lody morskie wyprowadzane z Basenu Foxe’a i Zatoki Hudsona. We wschodniej części cieśniny stosunkowo często spotyka się góry lodowe, wnoszone tam z Morza Labradorskiego. W Cieśninie Hudsona występują bardzo silne prądy pływowe i wysokie pływy - syzygijny skok pływu w Basenie Foxe’a dochodzi do 6-9 m, w zachodniej części cieśniny - 2,5-3,5 m, w zatoce Ungava - 9,5-12,5 m.
Klimat subarktyczny: lato krótkie, chłodne (4-6 °C, z chwilowymi wzrostami temperatury do kilkunastu °C), deszczowe, zima bardzo ostra (-13 do -22 °C), nieco mniej pochmurna, wietrzna.