测量地表温度时是将地表温度表水平放置在地表面，球部的一半埋在土中而另一半则暴露在空气中，故测得的温度并不能完全代表地表温度，而是地表温度与紧接地表的空气温度的平均值。

要精确地测定地表温度，可通过测量地面长波辐射通量并由斯蒂芬一玻耳兹曼辐射公式反演得出。

地表温度主要取决于入射太阳辐射的强度，并与土壤含水量、表面色译和植被的疏密等有关。对于非水平地表面来说，坡地方位和坡度大小也有明显的影响，故在起伏地形中地表温度的差别很大。地表温度具有明显的日变化和年变化，其变化振幅比较大。

影响地表温度变化的因素也比较多，比如地表湿度、气温、光照强度、地表材质（比如是草坪还是裸露土地，还是水泥地面，或者是沥青地面）等。

对于一个地区而言，该地区的地表温度主要取决于：该地区所在的纬度（如赤道线上的地区与北极的北冰洋地区的温度就有大几十度的温差），另外还有海拔的高差、人口的密度、工业的发展程度、森林的覆盖（如同一纬度上的沙漠地区和原始森林地区的温差也很大）等。

全球的平均温度，就说的是与人类生活的生物圈关系密切的平均地球表面的温度，不考虑地球内部温度。

中国最低地表温度为-56℃，在黑龙江省漠河县。在大兴安岭地区也曾出现过罕见低温。