在地壳表层，由于太阳辐射热的影响，其温度常有昼夜变化、季节变化和多年周期变化，这一层称为外热层。外热层受地表温差变化的影响由表部向下逐渐减弱，外热层的平均深度约15m，最多不过几十米。在外热层的下界处，温度常年保持不变，等于或略高于年平均气温，这一深度带称为常温层。在常温层以下，由于受地球内部热源的影响，温度开始随深度逐渐增高。通常把地表常温层以下每向下加深100m所升高的温度称为地热增温率或地温梯度（geothermal gradient）（温度每增加1℃所增加的深度则称为地热增温级）。世界上不同地区地温梯度并不相同，如我国华北平原约为1～2℃，大庆油田可达5℃。据实测，地球表层的平均地温梯度约为3℃；海底的平均地温梯度为4～8℃，大陆为0.9～5℃，海底的地温梯度明显高于大陆。
气温与地温没有直接对应关系。一般不换算，通过直接测量得到结果。地面气温一般指距地面1.25-2.0米处的大气温度。测量时，为了防止太阳辐射对观测值的影响，测温仪器必须放在百叶箱或防辐射罩内，并且还要满足测量元件有良好的通风条件。地温要用特制的地温计来测量。
影响气温分布的主要因素有三，即纬度、海陆和高度。但是，在绘制等温线图时，常把温度值订正到同一高度即海平面上，以便消除高度的因素，从而把纬度、海陆及其它因素更明显地表现出来。在一年内的不同季节，气温分布是不同的。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。
与地温相关的知识
地温梯度：在增温带内，每百米地温的增量。
正常地温梯度：梯度小于或等于30C/hm
异常地温梯度：地温梯度超过30C/hm
地温高温区：地温超过400C的区域。(地温31—37度为一级热害区，超过37度为二级）
