在地殼表層，由於太陽輻射熱的影響，其溫度常有晝夜變化、季節變化和多年週期變化，這一層稱為外熱層。外熱層受地表溫差變化的影響由表部向下逐漸減弱，外熱層的平均深度約15m，最多不過幾十米。在外熱層的下界處，溫度常年保持不變，等於或略高於年平均氣溫，這一深度帶稱為常溫層。在常溫層以下，由於受地球內部熱源的影響，溫度開始隨深度逐漸增高。通常把地表常溫層以下每向下加深100m所升高的溫度稱為地熱增溫率或地溫梯度（geothermal gradient）（溫度每增加1℃所增加的深度則稱為地熱增溫級）。世界上不同地區地溫梯度並不相同，如我國華北平原約為1～2℃，大慶油田可達5℃。據實測，地球表層的平均地溫梯度約為3℃；海底的平均地溫梯度為4～8℃，大陸為0.9～5℃，海底的地溫梯度明顯高於大陸。

氣溫與地溫沒有直接對應關係。一般不換算，透過直接測量得到結果。地面氣溫一般指距地面1.25-2.0米處的大氣溫度。測量時，為了防止太陽輻射對觀測值的影響，測溫儀器必須放在百葉箱或防輻射罩內，並且還要滿足測量元件有良好的通風條件。地溫要用特製的地溫計來測量。

影響氣溫分佈的主要因素有三，即緯度、海陸和高度。但是，在繪製等溫線圖時，常把溫度值訂正到同一高度即海平面上，以便消除高度的因素，從而把緯度、海陸及其它因素更明顯地表現出來。在一年內的不同季節，氣溫分佈是不同的。通常以1月代表北半球的冬季和南半球的夏季， 7月代表北半球的夏季和南半球的冬季。

與地溫相關的知識

地溫梯度：在增溫帶內，每百米地溫的增量。

正常地溫梯度：梯度小於或等於30C/hm

異常地溫梯度：地溫梯度超過30C/hm

地溫高溫區：地溫超過400C的區域。(地溫31—37度為一級熱害區，超過37度為二級）