Apesar da adaptabilidade a lugares secos, o gergelim pode ser cultivado em regiões mais úmidas (tropicais e subtropicais). Abaixo estão relacionadas algumas das condições ambientais que influenciam o cultivo do gergelim.

Temperatura as temperaturas ideais para o crescimento e o desenvolvimento da planta situam-se de 25 °C a 30 °C, inclusive para a germinação das sementes. Temperaturas abaixo de 20 °C provocam atraso na germinação e no desenvolvimento da planta, e temperaturas abaixo de 10 °C provocam paralisação em todo o metabolismo, levando à morte da planta. Temperaturas superiores a 40 °C causam abortamento de flores e não enchimento de grãos. Temperaturas médias de 27 °C favorecem o crescimento vegetativo e a maturação dos frutos. Quedas de temperatura, durante o período de maturação, afetam a qualidade das sementes e do óleo, interferindo negativamente nos teores de sesamina e de sesamolina.

Precipitação pluviométrica o máximo de rendimento é obtido em precipitações de 500 mm a 650 mm, bem distribuídas durante o ciclo da cultura: com 35% da água no período da germinação ao florescimento; 45% durante o florescimento; e 20% no início de maturação dos frutos. A umidade do solo é benéfica à floração e à frutificação, mas chuvas intensas resultam em queda das flores e em acamamento das plantas. Em regiões de período chuvoso mais longo, a época de plantio deve ser planejada, a fim de não comprometer a maturação dos frutos e o rendimento da cultura. Para cultivares com ciclo de 90 dias, o período mais adequado à semeadura é o início dos três últimos meses do período chuvoso.

Altitude em relação à altitude, a maioria das cultivares produz bem até 1.250 m de altitude. Acima disso, as plantas não se desenvolvem e ficam raquíticas, pouco ramificadas e com baixa produção.

Ventos em regiões com ventos quentes e fortes, a planta de gergelim produz sementes pequenas e com menor porcentagem de óleo.

Umidade relativa do ar e radiação solar dois fatores climáticos que são extremamente favoráveis ao cultivo do gergelim na região semiárida do Nordeste brasileiro: a umidade relativa do ar (em média, 60%) e o número mínimo de 10 horas/dia de brilho solar (fotoperíodo). Essas condições contribuem para uma baixa incidência de doenças, um maior desenvolvimento das plantas e uma obtenção de sementes de boa qualidade.A planta de gergelim é bastante sensível à falta de umidade, o que faz que transpire menos nos períodos críticos, e resista mais à seca. Seu sistema radicular pivotante e suas raízes secundárias chegam a alcançar 1 m de profundidade, o que possibilita a ela acessar a água armazenada no subsolo e garantir boa produtividade, mesmo sob baixa disponibilidade hídrica.

Em locais com precipitação inferior a 300 mm/ano, a cultura pode produzir de 300 kg ha^-1 a 500 kg ha-1 de grãos. A exigência hídrica da cultura está mais diretamente relacionada à distribuição do que à quantidade total de chuvas durante o período vegetativo da planta. A planta de gergelim é bastante sensível à falta de umidade, o que faz que transpire menos nos períodos críticos, e resista mais à seca. Seu sistema radicular pivotante e suas raízes secundárias chegam a alcançar 1 m de profundidade, o que possibilita a ela acessar a água armazenada no subsolo e garantir boa produtividade, mesmo sob baixa disponibilidade hídrica.