Pagrindinė oro temperatūros skirtumų priežastis – Saulės spindulių kritimo kampas į Žemės paviršių. Kuo statesnis kampas, tuo labiau paviršius įšyla. Spindulių kritimo kampas priklauso nuo geografinės platumos. Aukščiausia temperatūra ties pusiauju, kur spinduliai krinta stačiu kampu. Tolstant nuo pusiaujo, temperatūra mažėja. Prie ašigalių Saulė menkai įšildo paviršių.

Temperatūros skirtumai žemėlapiuose vaizduojami izotermėmis – linijomis, jungiančiomis taškus su vienoda vidutine temperatūra. Jei temperatūra priklausytų tik nuo platumos, izotermės būtų lygiagrečios. Tačiau dėl nevienodo vandenynų ir sausumos pasiskirstymo izotermės išsilenkia. Žiemą sausuma atvėsta labiau už vandenyną, o vasarą – labiau įšyla, todėl izotermės atitinkamai krypsta. Metinė temperatūros amplitudė virš vandenynų mažesnė nei virš sausumos. Temperatūros pasiskirstymui įtakos turi ir vandenynų srovės, vyraujantys vėjai bei reljefas.

Beveik visoje planetoje, išskyrus pusiaują, oro temperatūra kinta metų laikais dėl Žemės ašies pasvirimo. Ryškiausi skirtumai tarp sausio (šalčiausio mėnesio Šiaurės pusrutulyje) ir liepos (šilčiausio mėnesio Šiaurės pusrutulyje). Metinė temperatūros amplitudė – skirtumas tarp vidutinės sausio ir liepos temperatūrų – didžiausia vidutinėse platumose, o ties pusiauju artima nuliui.

Pagrindinis Žemės šilumos šaltinis yra Saulė. Saulės skleidžiama energija, vadinama Saulės spinduliuote, pasiekia Žemę ir šildo jos paviršių, sukurdama tinkamas sąlygas gyvybei. Žemė yra optimaliu atstumu nuo Saulės. Atmosfera sulaiko ir išsklaido didelę dalį spinduliuotės. Debesuotu oru paviršių pasiekia išsklaidytieji spinduliai, o giedrą – tiesioginiai.

Oro temperatūra yra vienas iš svarbiausių orų rodiklių, kuris labai skiriasi įvairiose Žemės vietose. Ekstremalūs pavyzdžiai: Mirties slėnis (JAV), kur vasarą temperatūra viršija +50 °C, ir Antarktida, kur temperatūra nukrinta iki -60 °C (stotyje „Vostok“ užfiksuota -89 °C). Daugumoje planetos vietų temperatūra yra tinkama žmonėms gyventi.