Saulės spinduliai, keliaudami per orą, jo beveik neįšildo. Jie pasiekia Žemės paviršių (pvz., smėlį, asfaltą) ir jį įkaitina. Įkaitęs paviršius skleidžia šilumą į aplinką, taip įšildydamas orą. Todėl šilčiausias oras yra arčiausiai žemės paviršiaus.

Oro temperatūra yra esminis veiksnys, lemiantis visus meteorologinius reiškinius. Svarbu suprasti, kad oras įšyla ne tiesiogiai nuo Saulės spindulių, o nuo jų įkaitinto Žemės paviršiaus.

Oro temperatūra nuolat kinta. Per parą ji keičiasi dėl Saulės padėties danguje: aukščiausia temperatūra paprastai būna vidurdienį ir kelias valandas po jo, o žemiausia – prieš pat Saulės patekėjimą. Debesuotumas taip pat turi įtakos: debesuotą naktį debesys sulaiko nuo Žemės paviršiaus kylančią šilumą, todėl naktis būna šiltesnė, o giedrą naktį šiluma lengviau išsisklaido, todėl naktis būna vėsesnė. Apibūdinant orus, dažnai naudojama vidutinė paros temperatūra. Temperatūra kinta ir per metus dėl Žemės judėjimo aplink Saulę ir Žemės ašies pasvirimo.

Kylant aukštyn nuo Žemės paviršiaus, oro temperatūra mažėja. Vidutiniškai kas vieną kilometrą temperatūra nukrinta apie 6 laipsnius Celsijaus. Pavyzdžiui, jei kalnų papėdėje, esančioje 1000 metrų aukštyje, temperatūra yra +20 °C, tai 3000 metrų aukštyje ji bus +8 °C, o 5000 metrų aukštyje – jau -4 °C.

Norint tiksliai išmatuoti oro temperatūrą, reikia laikytis tam tikrų taisyklių. Termometras turi būti apsaugotas nuo tiesioginių Saulės spindulių ir kritulių (lietaus, sniego). Taip pat svarbu, kad aplink termometrą laisvai cirkuliuotų oras. Meteorologijos stotyse termometrai laikomi specialiose baltose dėžutėse, vadinamuose meteorologiniais narveliais, pakeltuose 1,5 metro virš žemės paviršiaus.

Oro temperatūrai matuoti naudojamas termometras. Jį sudaro plonas stiklinis vamzdelis, pripildytas skysčio (dažniausiai gyvsidabrio arba spirito). Skystis reaguoja į temperatūros pokyčius: kylant temperatūrai, jis plečiasi ir kyla vamzdeliu, o vėstant – traukiasi ir leidžiasi. Vamzdelis yra pritvirtintas prie skalės, kurioje pažymėtos temperatūros vertės Celsijaus laipsniais (°C). Nulinė temperatūra (0 °C) žymi vandens užšalimo tašką.