מדבר סונרה שונה ממדבריות סמוכים (למשל, האגן הגדול, ומדבריות מוהאבי וצ'יוואן). בחורף האקלים בו חם, ויש בו שתי עונות של גשם (בניגוד, למשל, לקיץ היבש והחורפים הקרים של המוהאבי) . אקלים זה יוצר ניגוד קיצוני בין צחיחות ללחות. מדבר סונורה כולל גם מינים אנדמים שונים.
החלק המערבי של גבול ארצות הברית–מקסיקו עובר במדבר סונורה. מספרן המצומצם של עמדות השמירה של משמר הגבול האמריקני הפך את מדבר סונורה למוקד הברחות והסתננויותמהגרי עבודה ממקסיקו לארצות הברית. הסתננות שכרוכה בצעדה שאורכת בין שלושה לחמישה ימים, כשההליכה מתבצעת בעיקר בלילות מחשש חשיפה לחום ולשמש המדברית. עקב תנאי המדבר הקשים, ניסיונות ההסתננות בגבול מסתיימים לעיתים במוות.
אקלים
למדבר סונורה אקלים סובטרופיצחיח והוא נחשב למדבר הטרופי ביותר בצפון אמריקה. בחלקים הנמוכים של המדבר, הטמפרטורות גבוהות כל השנה, והגשם הוא נדיר ולא סדיר, לעיתים קרובות פחות מ-90 מ"מ בשנה. האזורים הגבוהים יותר (באזור מדינת אריזונה) חמים גם הם בכל ימות השנה, אך הם מקבלים 100–300 מ"מ גשם שנתי ממוצע, שיורד בדפוס דו-עונתי קבוע יותר.
על פי שיטת קפן לסיווג אקלימים, ברוב מדבר סונורה שורר אקלים צחיח (BWh). אקלים צחיח למחצה חם (BSh) שורר בחלק מההרים הגבוהים יותר בתוך המדבר, כמו גם ברצועה מתמשכת בשוליים המזרחיים והצפון-מזרחיים, כאשר גובה פני המדבר עולה בהדרגה לכיוון Madrean Sky Islands במזרח ושולי מגיון בצפון מזרח. ישנם גם כמה אזורים קטנים של אקלים צחיח למחצה קר (BSk) ובפסגות ההרים הגבוהות ביותר שורר אקלים ים תיכוני קיץ-חם (CSa).
צמחייה
במדבר סונורה יש יותר מיני צמחים מבכל מדבר אחר בעולם בגלל דפוס הגשמים הדו-עונתי. במדבר קיימים צמחים ממשפחת האגבה, משפחת הדקליים, משפחת הקקטוסיים, משפחת הלגומס (אנ') ועוד רבים אחרים.
זהו המקום היחיד בעולם בו גדל באופן טבעי קקטוס הסגווארו. פרח הסגווארו נבחר לפרח המסמל את מדינת אריזונה.
הקקטוסים הגדלים במדבר מספקים מזון ומחסה ליונקים ולציפורים רבות. הם פורחים לרוב מסוף מרץ עד יוני, וצבע הפריחה משתנה בין אדום, ורוד, צהוב ולבן, בהתאם למין ולטמפרטורות העונתיות.
אוכלוסיית היגוארים היחידה בארצות הברית נמצאת במדבר סונורה, מדרום מזרח לטוסון וסמוך לגבול המקסיקני.
דלתתנהר הקולורדו הייתה פעם נקודה חמה אקולוגית במדבר, אך הדלתה הצטמצמה מאוד בשל הסכר והשימוש בנהר במעלה הזרם.
מינים בעלי סבילות חום גבוהה מסוגלים לשגשג בתנאים של מדבר סונורה. אחד מסוגי החרקים שפיתח אמצעי לשגשג בסביבה זו הוא תסיסנית (Drosophila mettleri), זבוב מדבר סונורה. זבוב זה מכיל מערכת ייעודית לניקוי רעלים מסוג P450 המאפשרת לו לקנן באזור הקריר של אדמה רטובה. לפיכך, הזבוב הוא אחד הבודדים שיכולים לסבול את הטמפרטורות הגבוהות של המדבר ולהתרבות בהצלחה.
אוכלוסייה
מדבר סונורה הוא ביתם של תרבויות של למעלה מ-17 שבטים אינדיאנים עכשוויים, היושבים בשמורות ילידיות בקליפורניה ובאריזונה, כמו גם במקסיקו.
העיר הגדולה ביותר במדבר סונורה היא פיניקס, אריזונה, הממוקמת על נהר מלח במרכז אריזונה, עם אוכלוסיית מטרופולין של כ-4.7 מיליון אנשים (נכון ל-2017). זהו אחד האזורים המטרופולינים עם הצמיחה הגדולה ביותר בארצות הברית, ולראייה בשנת 2007 המדבר איבד שטח בקצב של כ-4,000 מ"ר לשעה כתוצאה מהתפשטות עירונית (אנ').
הערים הבאות בגודלן הן טוסון בדרום אריזונה, עם אוכלוסיית מטרופולין של קצת יותר ממיליון, ומקסיקלי, באחה קליפורניה, מקסיקו, עם אוכלוסיית מטרופולין בגודל דומה של כמיליון. המטרופולין של הרמוסיו, סונורה, מונה כ-900,000 אנשים. סיודאד אוברגון, סונורה, בחלק הדרומי של המדבר, מונה 375,800 תושבים.
אזורים מוגנים
במדבר סונורה ישנם פארקים לאומיים ומונומנטים רבים; שמורות טבע לאומיות ומדינתיות ומקלטי חיות בר; פארקים של המדינה, מחוז ועיר; קבוצות ממשלתית ומלכ"רים שמפעילות מוזיאונים להיסטוריה של הטבע, מכוני מחקר מדעיים, גנים בוטניים וגני נוף מדבריים.
