測量地表溫度時是將地表溫度表水平放置在地表面，球部的一半埋在土中而另一半則暴露在空氣中，故測得的溫度并不能完全代表地表溫度，而是地表溫度與緊接地表的空氣溫度的平均值。

要精確地測定地表溫度，可通過測量地面長波輻射通量并由斯蒂芬一玻耳茲曼輻射公式反演得出。

地表溫度主要取決于入射太陽輻射的強(qiáng)度，并與土壤含水量、表面色譯和植被的疏密等有關(guān)。對于非水平地表面來說，坡地方位和坡度大小也有明顯的影響，故在起伏地形中地表溫度的差別很大。地表溫度具有明顯的日變化和年變化，其變化振幅比較大。

影響地表溫度變化的因素也比較多，比如地表濕度、氣溫、光照強(qiáng)度、地表材質(zhì)（比如是草坪還是裸露土地，還是水泥地面，或者是瀝青地面）等。

對于一個地區(qū)而言，該地區(qū)的地表溫度主要取決于：該地區(qū)所在的緯度（如赤道線上的地區(qū)與北極的北冰洋地區(qū)的溫度就有大幾十度的溫差），另外還有海拔的高差、人口的密度、工業(yè)的發(fā)展程度、森林的覆蓋（如同一緯度上的沙漠地區(qū)和原始森林地區(qū)的溫差也很大）等。

全球的平均溫度，就說的是與人類生活的生物圈關(guān)系密切的平均地球表面的溫度，不考慮地球內(nèi)部溫度。

中國最低地表溫度為-56℃，在黑龍江省漠河縣。在大興安嶺地區(qū)也曾出現(xiàn)過罕見低溫。