دما و بارش از عناصر اساسی شکل‌گیری اقلیم هستند که تغییرات آن‌ها می­تواند ساختار آب و هوایی هر محل را دگرگون سازد. این پژوهش به بررسی تغییرات زمانی و مکانی متغیرهای اقلیمی دما و بارش در حوضه آبریز کرخه واقع در غرب کشور ایران پرداخته است. به این منظور پس از همگنی و صحت سنجی داده‌ها، 22 ایستگاه باران­سنجی، تبخیرسنجی و سینوپتیک با دوره آماری 2011-1971 انتخاب شد. هدف این پژوهش، ارزیابی روند تغییرات سری‌های زمانی متغیرهای دما و بارش با استفاده از آزمون‌های آماری من‌کندال، اسپیرمن و تخمینگر سن است. نتایج آزمون‌های آماری برای سری‌های زمانی دما و بارش سالانه به ترتیب روند افزایشی و کاهشی با سطوح معنی‌داری بالای 1 و 5 درصد را برای اکثر ایستگاه‌های موردمطالعه نشان داده است. تخمینگر سن شیب تغییرات کاهشی را برای متغیر دما از 12/0 (+) تا 61/0 (+) درجه سانتی‌گراد/دهه نشان می‌داد. بیشترین و کمترین مقدار کاهش بارش سالانه در ایستگاه‌های قورباغستان واقع در استان کرمانشاه و دهنود به ترتیب با شیب تغییرات 77/8 (-) و 27/1 (-) میلی­متر در سال بود. ازنظر مکانی تقریباً تمامی ایستگاه‌های واقع در بخش شرقی حوضه کرخه، روند تغییرات بارش را یک‌روند بدون معنی نشان دادند. بیشترین تغییرات معنی‌دار کاهشی در بخش‌های غرب و جنوب حوضه کرخه مشاهده شد. در مناطق مرکزی و شرقی علیرغم روند کاهش مقادیر بارش، این روندها معنی‌دار نبود. به‌طورکلی آشکارسازی روند تغییرات متغیرها، به‌جز موارد استثنایی، با آخرین یافته‌های مطالعات جهانی همخوانی داشت.