一、三种温标
一般说，温度表示物体冷热的程度，这只是从现象上说。从科学意义上讲，温度实际上是表示物体分子运动的速度，它反映物体内能的大小。当物体获得热量时内能增加，温度就升高；当物体失去热量时，内能减少，温度就降低。所以，物体温度的升降取决于外来热量的多少。物体的温度条件，还取决于该物体的比热大小。以同样多的热量给予比热大的物体，它的温度升高得少；而给予比热小的物体，它的温度升高就大。
用来测量温度的单位是度。经常使用的有三种温标，一是摄氏温标。它把在标准压力下纯水溶解和纯水沸腾的温度作为基点，把两个基点之间的距离分成100等份。纯水溶解的温度定为0℃，而纯水沸腾的温度定为100℃，它们之间每一等份称1℃。
二是华氏温标，在标准大气压下，冰的熔点为32℉，水的沸点为212℉，中间有180等份，每等份为华氏1度。水的溶解点相当于32F，而沸腾点相当于212F。所以华氏温标基点间的距离分成为180等份。
三是开氏温标，又称为绝对温标。在这个温标上，把干空气体积变成零的温度取为0K，它相当于-273℃，水的溶解点相当于273K，而沸腾相当于373K。
在气象学和人们的生活中，常用摄氏温标。但是在说英语的国家，如英国、美国、加拿大、澳大利亚和印度等国，多采用华氏温标。而在科学研究中，最好使用恺氏温标。
二、气温、地温和水温
人们通常用大气温度来表示大气的冷热程度，称为大气温度或气温。这是为了区别于土壤温度（土温）和水体温度（水温）来说的。如果不是为了这种区别，我们说温度，就是指气温，也不会造成人们误解。
因为大气的热量主要要来自地面，地面的性质和状况又有很大差别，海洋和陆地，高山和平原，沙漠和森林，潮湿地区和干燥地区等等，不同的地面情况对大气温度的影响也不相同。
海洋和陆地的差别最有代表意义。例如，在某一纬度上到达地面的太阳辐射能量相同，可是结果并不一样。陆地上剧烈升温，海洋上升温却十分和缓，为什么呢？仔细分析，至少有以下原因：
第一，陆地的反射率大于海洋水面。导致陆地实际吸收的太阳辐射比海洋少10％～20％，由于这个原因，陆地升温应比海洋大，而冷却则比海洋快。
第二，陆地对各种波长的太阳辐射都不透明，吸收的太阳辐射都用在加热很薄的陆地表面。水面虽然对红色光和红外线不透明，但对可见光其余部分和达到水面的紫外线都是透明的，这一部分辐射能量可以达到海洋的深层。
第三，岩石和土壤都是不良导体，传导到土壤下层的热量很少。水却相反，有很高的传导本领，得到的太阳辐射能很快地向下层传导。
第四，岩石和土壤不能上下左右流动，海洋上却有波浪、洋流和对流进行热量的水平输送和垂直交换。
第五，岩石和土壤的比热，小于水体的比热。岩石的比热约为0.8368焦/克·度；水比热是4.184焦/克·度。如果将4.184焦热量给1克水，温度可升高1℃；如果将4.184焦热量给1克岩石，温度可升高5℃。
第二到第五个原因，使陆地得到的太阳辐射只集中于表层，导致地面迅速而剧烈地升温，从而加强了地面和大气的感热交换。而水面则将太阳辐射的一部分向下层传播，使水温不断升高，传给大气的感热自然减少。
第六，海面有充足的水源供应，蒸发强烈，消耗了水面很多热量，使水温升不高，减少了空气的感热交换，但是热量多以潜热形式被带到大气中。感热是可以感觉到的热量，能立即使气温升高；潜热暂时不能升温，只有当水汽凝结时，才能释放潜热，加热大气。
由此可见，即使在同样太阳辐射条件下，地温和水温之间仍有很大差别。它们的大气热量交换方式（是感热还是游热）和数量都不相同，从而产生天气和气候的差异。
地球上天气和气候的差异，并不仅仅发生在海洋和陆地之间，即使都在陆地上，沙漠和森林，荒地和农田，干燥地区和潮湿地区，山脉的向风坡和背风坡，阳坡和阴坡等等，天气和气候也不相同。但是，在一定程度上都与地面干燥或潮湿情况有关。相对干燥的地面更接近一般陆地表面情况，相对潮湿的地面更接近水面的情况，只是差别没有陆地和海洋对比那样突出罢了。
三、温度的横向变化
由于太阳辐射是随纬度增加而减少的，所以，就整个地球来说，气温是从赤道向两极递减的。不过这个规律往往受到其他因素干扰，在同一纬度上，温度并不一定相等。特别是在高纬度地区，海陆间的温度相差很大。为了说明单纯的纬度对温度的影响，人们就以纬度平均气温来比较，办法是从各月与年等温线图上，求取每隔10°纬度圈上等距36点的温度，然后加以平均，就可以得到各纬度的纬度平均气温。通常是计算0°、10°、20°、30°直到80°的纬度平均气温。这样做的好处就是把纬度以外的影响互相抵消掉了，只剩下纬度的影响。从纬度平均气温看，气温随纬度增加而降低的规律就十分明显。无论在南北半球，都是从赤道向两极逐渐降低的。赤道是26.2℃，到纬度55°附近变成负值，到极地都在-20℃以下。不过有趣的是，地球最热的纬度并不是赤道，而是在北半球纬度10°的地方，这个纬度被称为“热赤道”。赤道只有在北半球冬季才是最热的纬度，到7月份，最热的平均气温已经移到北纬20°。在南半球，因为海洋面积大，纬度平均气温随纬度增加而降低的规律更加明显。
气温的年较差是一年中最热月平均气温与最冷月平均气温的差值。从热赤道向两极年较差是增加的。西沙（北纬16°50′）年较差只有6.0℃，漠河（北纬53°28′）却高达50．0℃。这个特点与冬夏季太阳辐射的差值向极地增加有直接关系。不过南半球各纬度的年较差都比北半球小，这与南半球海洋面积远远大于陆地面积的情况有很大关系。
四、冬暖夏凉与冬冷夏热
我们已经知道海洋和陆地温度有很大差别。海洋对温度有很大的调节功能，当太阳辐射强的时候，海洋能吸收大部分辐射热。并通过海水内部的热量交换，将大量热量储存起来。当太阳辐射减弱的时候，海洋又能将储存的热量释放出来。所以，海洋与陆地相比，有冬暖夏凉的特点，陆地则是冬冷夏热，地球表面海陆分布很不均匀，北半球陆地面积比南半球约大一倍，海洋面积则比南半球小，所以，北半球夏季比南半球热，冬季比南半球冷。北半球夏季平均温度22.4℃，南半球只有17.1℃，北半球冬季平均温度8.1℃，南半球却有9.7℃。
在高纬度，大陆的影响冬季比夏季显著，冬季大陆降温剧烈，而夏季升温却不很大。例如，在北纬40°附近，沿海的天津1月为-4.0℃，而内陆到呼和浩特降到-8.1℃，共降低了4.1℃，而在7月天津是26.4℃，到呼和浩特升到27.9℃，只升高1.5℃。在低纬度，大陆的影响夏季比冬季显著，夏季大陆升温剧烈，而冬季降温却不大。例如，在北纬30°附近，7月杭州气温28.4℃，武汉28.8℃，共升高了0.4℃，而1月都是4.1℃。海陆影响在各个纬度之间有不同效果，说明海洋对气温的调节作用，在不同纬度不同季节都不相同。
五、温度的纵向变化
大气的主要热源是在地球表面，距离地面越远，气温就越低，气温随着高度增加而降低。难怪，宋朝苏东坡也发出感叹“高处不胜寒”。在山地，不同海拔高度地点的气温也是随海拔高度降低的，不过在山地的测点与低处平原的测点都接近地面热原。为什么也会有这种温度差别呢？原因是山地凸出于自由大气中，高山上的温度除了受本身的地面热源影响外，还受到自由大气温度的调节作用。山越高，山地地面温度与自由大气温度的差值就越大，自由大气对山地气温的调节作用就越明显。例如，庐山比九江高出1132米，冬季1月平均温度却从4.2℃降到-0.2℃；夏季7月从29.4℃降到22.5℃。冬季降低了4.4℃，夏季降低6.9℃。我们把两个地点的温度差除以它们的高度差（以100米为单位），就得到它们之间气温的温度梯度，九江与庐山的温度梯度1月是-0.39℃/100米，7月是-0.61℃/100米。
温度梯度不仅随季节变化，而且随地形具体情况也有很大差异，例如，在秦岭北坡就小于南坡，北坡年平均温度梯度-0.45℃/100米，南坡却有0.54℃/100米。主要原因是在冬季，北坡有冷空气经常聚集，减少了盆地与高山的温度差值。北坡冬季1月温度梯度只有-0.34℃/100米，而南坡处在冷气流的北风位置，1月仍有-0.54℃/100米，但在夏季这种情况并不存在，南北坡温度梯度都是-0.55℃/100米。另外，由于自由大气的调节作用，高山上的温度年变化和日变化也是随高度的增加而减少的，用最热月温度减去最冷月的温度的差值表示年变化，称为年较差。九江的年较差为25.2℃，到庐山就降到22.7℃，年较差不仅随高度减少也可因坡向不同而有差别。秦岭以北的西安年较差达27.6℃，到华山降到24.2℃，可是在秦岭以南的安康年较差只有24.2℃，与华山几乎没有差别。当然，这与安康纬度偏南，云、雾及降水较多也有很大关系。
六、气温的周期性变化
气温的日变化与年变化，是与太阳辐射日变化与年变化相联系的，是一种周期性变化。
从一天来说，气温一天中有一个最高值和最低值。日出后，随着太阳辐射增强，温度升高，由于地面热量传递给空气需要一定时间，所以气温的最高值出现在午后两点钟左右，随后气温逐渐下降，一直下降到清晨，在日出之前达到最低温度。最高温度与最低温度的差值，称为日较差，日较差也随纬度和季节有很大变化。这主要与正午太阳高度有关。在低纬度正午太阳高度大，太阳辐射日变化大，所以气温日较差也大，平均在12℃左右，而在高纬度只有3℃～4℃，夏季正午太阳高度比冬季大，所以夏季气温日较差也大于冬季。例如，长沙7月日较差为9.0℃，冬季1月只有5.7℃。地表性质对温度日变化影响很大，在热带，海洋上的气温日较差1℃～2℃，而在内陆常可达15℃以上，沙漠上常可达25℃～30℃，山谷的气温日较差大于山峰，凹地的日较差大于高山，干燥地区大于潮湿地区。雨天和阴天气温日较差明显小于晴天，而且很不规则。
从一年来说、气温的年变化也有一个最高值和最低值，但出现时间并不与太阳高度最高和最低值的时间（夏至与冬至）对应，而是要落后1～2个月。陆地落后较少，海洋落后较多。在内陆地区，7月最热，1月最冷；在海洋上或沿海地区，最热月是8月，最冷月是2月。最热月与最冷月的差值称为年较差。气温年较差是随纬度而增大的。海洋上冬暖夏凉，年较差比内陆小。沿海的天津年较差30℃，到内陆的呼和浩特增加到35℃。
七、气温的非周期性变化
气温的非周期性变化是指日与日之间的不规则变化，主要是由于天气变化引起的。寒潮暴发、冷空气活动、锋面移动、气旋活动等等，都可以引起气温的非周期性变化。“二、八月乱穿衣”，就是因为春、秋过渡季节，气温非周期性变化大的缘故。
八、气温的地理分布
气温在地球上的分布，以纬度、海陆分布和高度的影响最为突出。在纬度的影响下，气温随纬度升高而降低，同一纬度上的气温基本上是相同的。在海陆分布影响下，海洋性强的地方，冬天比同纬度温暖，夏天比同纬度凉爽；大陆影响强的地方，冬天可以把寒冷扩展到较低的纬度，夏天可以使炎热向较高的纬度延伸。大陆面积的大小，距海远近，盛行气流是离岸风还是向岸风，海洋洋流的性质，都可以决定海陆分布影响的程度。例如，欧洲处于大西洋的东岸，沿岸有墨西哥暖流经过，又处在西风位置，所以冬季很温暖，夏季温度也不高。随着深入内陆，海洋影响逐渐减弱，而大陆影响逐渐增强。世界上的绝对最高温度（63℃）出现在索马里境内；北半球最冷的地方出现在西伯利亚奥伊尔米亚康（-73℃），虽然距海都不远，但是不利的气流条件，使这些地方得不到海洋的调节，导致温度十分极端。世界最低温度-90℃，出现在南极大陆内部。我国漠河冬季最低温度-52.3℃，吐鲁番夏季最高温度49.8℃，都是在大陆内部地区。
在高度的影响下，山地和高原温度低于四周平原地区。例如，青藏高原冬季显得特别寒冷，1月温度都在-10.0℃以下，所以人们都称青藏高原为仅次于南极和北极的世界第三极。即使在夏季，青藏高原内部7月温度仍在10.0℃以下。