氣溫變化分日變化和年變化。日變化，最高氣溫是午后2時左右，最低氣溫是日出前后。年變化，北半球陸地上7月份最熱1月最冷，海洋上8月份最熱2月份最冷；南半球與北半球相反。
從低緯度向高緯度遞減，因此等溫線與緯線大體上平行。同緯度海洋陸地的氣溫是不同的。夏季等溫線陸地上向高緯方向凸出，海洋向低緯方向凸出。
某地氣溫除了由于太陽輻射的變化而引起的周期性變化外，還有因大氣的運動而引起的非周期性變化。實際氣溫的變化，就是這兩個方面共同作用的結果。如果前者的作用大，則氣溫顯出周期性變化；相反，就顯出非周期性變化。不過，從總的趨勢和大多數情況來看，氣溫日變化和年變化的周期性還是主要的。熱量平衡中各個分量，如輻射差額、潛熱和顯熱交換等，都受不同的控制因子影響。這些因子諸如緯度、季節等天文因子有著明顯的地帶性和周期的特性。而下墊面性質、地勢高低，以及天氣條件，如云量多少、大氣干濕程度等，均帶有非地帶性特征。同時，不同地點，這些因子的影響也不相同，因而在熱量的收支變化中引起的氣溫分布也呈不均勻性。