Klimat Zatoka Milforda to jedno z najbardziej deszczowych miejsc na Ziemi. Zaledwie co trzeci dzień jest bezdeszczowy. Roczne opady wynoszą 615 centymetrów, a pochodząca z nich woda spada kaskadami do leżącego ponad 300 metrów niżej zbiornika. Przy wejściu do zatoki znajduje się góra Mitre Peak (1695 m n.p.m.).
Wody zatoki Woda w zatoce tworzy trzy warstwy:
Powierzchniowa – pochodzi od spływających strumieni i wodospadów. Jej zasolenie nie jest duże. Utrzymuje się na powierzchni w formie trzymetrowej warstwy, gdyż gęstość jest mniejsza niż gęstość wody słonej. Przejściowa – jest średnio zasolona. Ruch prądów wywołuje w niej wiry, które zasysają wodę z morza do wnętrza fiordu. Poniżej tego poziomu woda jest również słona, lecz prawie nieruchoma. Nieruchoma – czyli woda morska, jest ona również słona, a przy tym nieruchoma.
Słodkość wody ma tu bardzo duże znaczenie. Brak tu charakterystycznych dla Nowej Zelandii zwierząt morskich (skorupiaków i mięczaków) oraz wodorostów. Do życia potrzebna jest im woda o dużym zasoleniu, czego nie ma w Zatoce Milforda. W warstwie słodkiej natomiast żyją m.in. małże. Woda deszczowa spływa po mchach i bogatej w humus glebie, co sprawia, że woda w Zatoce ma kolor herbaciany.