Nella troposfera, lo strato inferiore dell'atmosfera dove si svolgono tutti i fenomeni meteorologici la temperatura diminuisce regolarmente con l'altezza di circa 0,6°C ogni 100 m.

L'aria, infatti non viene riscaldata dall'alto direttamente dai raggi solari, ma subisce un processo di riscaldamento dal basso. L'energia radiante di origine solare viene assorbita innanzitutto dalle rocce del suolo e dalle acque e trasformata in calore. Questi corpi così riscaldati, scaldano a loro volta, mediante la radiazione infrarossa, lo strato di aria più prossimo alla superficie terrestre. Il calore viene poi distribuito verso l'alto grazie alle correnti convettive: l'aria calda più leggera si solleva e lascia il posto a quella fredda che, più pesante, tende a spostarsi verso il basso.

Inoltre l'aria degli strati inferiori dell'atmosfera, essendo più densa, più ricca di polveri e umida, riesce ad assorbire e a trasformare in calore una maggiore quantità di radiazione solare e di radiazione infrarossa, di quanto non faccia l'aria degli strati superiori.

Ma la temperatura dell'aria non è influenzata solo dalle variazioni di quota. Se tutte le parti del nostro pianeta ricevessero la stessa quantità di calore non avremmo quasi nulla da dire riguardo alle variazioni atmosferiche.

La distribuzione non uniforme del calore solare dipende da più fattori. Un fattore importante che influisce è la variazione di inclinazione dei raggi solari che è in rapporto all'ora nel corso della giornata; alla latitudine, alle stagioni, alla pendenza del terreno e alla sua esposizione.

Altri fattori sono inoltre, la copertura vegetale, la posizione geografica, la marittimità o la continentalità.

Analizzando in modo particolareggiato questi fattori, per prima cosa bisogna dire che i raggi solari raggiungono solo la metà della Terra per volta, quella esposta alla luce del giorno; la radiazione terrestre fa sì che vi sia un susseguirsi regolare di periodi di riscaldamento e di raffreddamento che corrispondono all'alternarsi del giorno e della notte.

Inoltre per la sfericità della Terra le zone più prossime all'equatore sono rivolte direttamente verso il Sole e ricevono un'irradiazione maggiore rispetto alle fasce più distanti dall'equatore. Ne consegue che le regioni equatoriali ricevono più calore di quelle temperate e queste, a loro volta ne ricevono di più di quelle polari.

L'inclinazione dell'asse terrestre e la rivoluzione della Terra intorno al Sole provocano, poi, delle variazioni della quantità di calore ricevuta nei diversi periodi dell'anno, dando origine, così, all'alternarsi delle stagioni.

Le condizioni di marittimità e di continentalità sono dovute al fatto che il suolo si riscalda e si raffredda più rapidamente delle masse di acqua; ciò ha ripercussioni sul clima, per cui una località di mare, a parità di altre condizioni, ha temperature miti d'inverno e non troppo calde d'estate (marittimità), mentre località distanti dal mare o da laghi presentano temperature rigide d'inverno e calde d'estate (continentalità).

L'escursione termica è la differenza di temperatura tra due valori estremi, essa può essere giornaliera, mensile, annuale. Una località marittima presenta un'escursione termica annua minore di una località continentale. Anche la copertura vegetale influenza la temperatura: le piante, assorbono molta acqua rimettendola poi per traspirazione; se c'è parecchia vegetazione si crea, perciò, un ambiente particolarmente umido. L'umidità fa diminuire la quantità di radiazione solare che giunge al suolo e trattiene una parte di quelle emesse dal terreno. Nelle zone boscose si ha, perciò, minor escursione termica di zone povere di vegetazione. La posizione geografica può influenzare notevolmente l'andamento della temperatura: le regioni soggette a venti di origine marina godono di condizioni termiche più favorevoli rispetto a quelle regioni battute da venti che spirano dall'entroterra continentale. La presenza di catene montuose tra il mare e una località può, inoltre, annullare gli effetti termici di questo anche se la località si trova poco distante dal mare. E' chiaro però che variando da luogo a luogo e da periodo a periodo la quantità di energia solare ricevuta e assorbita vi è un riscaldamento ineguale della Terra con profonde ripercussioni sulle condizioni climatiche. La temperatura dell'aria si rileva mediante un termometro ordinario che copre un adeguato intervallo di temperatura.