気温を左右する要因のうち最も大きいのが太陽エネルギーである。昼間の太陽高度が高いほどその量が多くなり、気温の上昇が早くなる。この太陽高度の差の影響で、高緯度地域にいくほど気温が低くなる。
太陽エネルギーを受けない夜間は気温が低下するが、大都市など熱を吸収する物体が多いところでは気温の低下が遅くなる。
夜間の雲が少なく風が弱いほど放射冷却現象による気温の低下が大きくなる。
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フェーンなどの風や、寒気や暖気などの大気の大きな塊も、気温を左右する。これには気圧配置が大きく関係する。
雨の後は蒸気熱により地表の熱が奪われるため、気温が低下しやすくなるが、湿度が上昇する。このとき、風が適度に吹くと気温の低下が速くなる。
地形によっても気温が変化する。盆地や砂漠では前述の放射冷却が起きやすいため最高気温と最低気温の差が大きく、海辺では最高気温と最低気温の差が小さい。さらに標高が高いほど気温が低くなる。これを気温の逓減率といい、海抜0m～2000m付近では標高が100m高くなる毎に、気温は0.6°Cずつ低下する。谷では冷風や熱風が集まりやすく、一時的な高温や低温に見舞われやすい。
舗装された道路や建物が多い都市周辺は、熱の吸収率が高いため気温が高めとなるうえ、建物が風の通り道を変え、局地的に高温や低温が起こりやすい地域を作り出してしまうこともある。逆に、森林や草原といった植生で、地面の被覆率が高いところは、熱の吸収率が比較的高いにもかかわらず、光合成による消費、蒸散や土壌の水分などによる蒸発熱の放出、反射率が低いことなどが加わり、比較的気温の上下が小さい。