太阳辐射到达地球以后，在地面与大气之间进行一系列的能量转换。就一般情况来说，地面与大气之间的热量交换，以辐射最为重要。除辐射能的转换外，大气中不规则的运动湍流和水的相态变化携入大气的潜热，都将热量从地面带给大气。

有关地球热量平衡模式的数据，各书不一。一般将投射到大气上界单位时间、单位面积上的太阳辐射平均值算作100个单位（相当于941 850 J/（cm²·a））。这100个单位的太阳辐射进入地球大气层时，其中有19个单位被大气吸收，47个单位被地面吸收，总共被地面和大气吸收了66个单位。这66个单位的太阳辐射能量在地面和大气之间进行如下转换：

就大气来说，收入的热量为：直接吸收太阳辐射19个单位，吸收地面辐射114个单位，再加上湍流从地面输送给大气的10个单位热量，以及水汽在空中凝结时释放出来的23个单位的潜热。这样，大气总共收入的热量是166个单位。支出的热量为：大气逆辐射为106个单位，射向宇宙空间的大气辐射为60个单位。这样，大气支出的热量也是166个单位，所以大气的热量收支平衡。

就地面来说，收入的热量为：吸收太阳辐射47个单位，吸收大气逆辐射106个单位，总共收入的热量为153个单位。支出的热量为：放出地面辐射120个单位，湍流失去的热量为10个单位，地面水分蒸发失去热量为23个单位，总共失去的热量也是153个单位，所以地面的热量收支也是平衡的。

从整个地球（地面和大气）来看，收入的热量为：进入大气上界的太阳辐射为100个单位。支出的热量为：从大气和地面直接反射回宇宙空间的能量为34个单位，地面辐射和大气辐射返回宇宙空间的能量为66个单位，即由地球（地面和大气）返回宇宙空间的能量总计也是100个单位。由此说明，就全球多年的平均状况来说，地球收入的热量与支出的热量是相等的，即热量收支平衡。因而，全球的多年平均气温是比较稳定的。