一天中氣溫的變化規律，主要由大氣得到熱量(地面輻射)和失去熱量(大氣輻射)的差值決定。
地面的熱量主要來自太陽輻射，大氣(對流層)的熱量直接來自地面，如圖所示：
(1) 太陽輻射
最強時為當地地方時12時。
(2) 地面輻射
當地時間12時時，地面所獲得的太陽輻射熱量大于地面損失的輻射熱量，地面熱量盈余，地面溫度仍在升高。
當地大約午后1時左右，地面熱量由盈余轉為虧損的時候，地面溫度為一天中最高值。
(3) 大氣溫度
當地大約午后2時左右，地面已經通過輻射、對流等方式把熱量傳給大氣，此時氣溫達到最高值。
隨后，太陽輻射繼續減弱，地面熱量持續虧損，地面溫度不斷降低，氣溫隨之也不斷下降。至日出前后，地面熱量由虧損轉為盈余的時刻，地面溫度達到最低值，氣溫也隨后達到最低值。因此，氣溫最低值總是出現在日出前后。
氣溫的這種周期性的日變化，有時會因天氣影響而遭到破壞，如雷雨天氣或強冷空氣活動，可使氣溫最低值出現在午后；上午是陰天，正午晴天，最高氣溫就有可能出現在下午，反之則有可能出現在上午。
