镇川镇的气候特征参照榆林榆阳区国家站（距镇区约30公里）历史记录。

根据2020—2026年数据，该地四季分明，冬季寒冷漫长，夏季温暖且降水高度集中。

全年平均高温17℃、平均低温5℃，极端最高温37℃（2025年5月19日），极端最低温-26℃（2023年12月21日）。

冬季（12—2月）平均低温在-10℃以下，1月最冷时平均低温可达-14℃左右，常有-20℃以下的强寒潮；夏季（6—8月）平均高温27—30℃，7月最热，但7—9月也是全年降水最集中的时段。

总体雨日299天，总降水3679.4毫米，其中6—9月降水约占全年的65%，特别是2025年7月单月降水达506.6毫米，2024年8月也有207.5毫米，显示出该地区夏季暴雨频发、局地雨量极大的特点。

春季（3—5月）回暖迅速，但多风少雨，易出现沙尘天气；秋季降温迅速，10月中旬后夜间常降至0℃以下。

作为沿无定河的河谷乡镇，镇川镇冬季清晨可能比城区更容易形成辐射雾，夏季午后受河谷地形影响，对流雷阵雨更为频繁，但整体气候背景与榆阳区保持一致。