Поверхность, непосредственно нагреваемую солнечными лучами и отдающую тепло нижележащим слоям и воздуху, называют деятельной поверхностью. Температура деятельной поверхности, ее величина и изменение (суточный и годовой ход) определяются тепловым балансом.
Максимальное значение почти всех составляющих теплового баланса наблюдается в околополуденные часы. Исключением является максимум теплообмена в почве, приходящийся на утренние часы. Максимальные амплитуды суточного хода составляющих теплового баланса отмечаются в летнее время, минимальные — зимой.
В суточном ходе температуры сухой и лишенной растительности поверхности в ясный день максимум наступает после 13 часов, а минимум — около момента восхода Солнца. Облачность нарушает правильный ход температуры поверхности и вызывает смещение моментов максимума и минимума. Большое влияние на температуру поверхности оказывают ее влажность и растительный покров.
Дневные максимумы температуры поверхности могут составлять +80° и более (на юге России +75°). Суточные колебания достигают 40°. Их величина зависит от времени года, облачности, тепловых свойств поверхности, ее цвета, шероховатости, от растительного покрова, а также от экспозиции склонов.
Годовой ход температуры деятельного слоя различен на разных широтах. Максимум температуры поверхности в средних и высоких широтах обычно наблюдается в июле, минимум — в январе. Амплитуды годовых колебаний температуры деятельной поверхности в низких широтах очень малы, в средних широтах на суше они достигают 30°. На годовые колебания температуры поверхности в умеренных и высоких широтах сильно влияет снежный покров.
Распространение тепла в почвогрунте зависит от ряда его свойств, и прежде всего от теплоемкости и теплопроводности. Получая одинаковое количество солнечного тепла, почвогрунт нагревается тем медленнее, чем больше его объемная темплоемкость. Объемная теплоемкость пород, слагающих сушу, примерно в два раза меньше теплоемкости воды. Теплоемкость воды — 1, кварца — 0,517, глины — 0,676, воздуха — 0,0003.
Передача тепла от слоя к слою регулируется теплопроводностью. Большинство пород имеет малую теплопроводность в (кал)см*сек град.):

Теплопроводность воды — 0,00129 кал/см*сек*град., воздуха — 0,000056.
На передачу тепла от слоя к слою затрачивается время, и сроки наступления максимальных и минимальных в течение суток температур запаздывают на каждые 10 см примерно на 3 часа. Если на поверхности наивысшая температура была около 13 часов, на глубине 10 см максимум температуры наступит около 16, а на глубине 20 см — около 19 часов и т. д.
При последовательном нагревании нижележащих слоев от вышележащих каждый слой поглощает некоторое количество тепла. Чем глубже слой, тем меньше тепла он получает и тем слабее в нем колебания температуры. Амплитуды суточных колебаний температуры с глубиной уменьшаются на каждые 15 см в два раза. Это значит, что если на поверхности амплитуда равна 16°, то на глубине 15 см она составляет 8°, а на глубине 30 см — 4°. При этом периоды колебания температуры остаются неизменными на всех глубинах. В среднем на глубине около 1 м суточные колебания температуры почвы затухают. Слой, в котором эти колебания практически прекращаются, называется слоем постоянной суточной температуры.
Чем больше период колебания температуры, тем глубже распространяются эти колебания. В средних широтах слой постоянной годовой температуры находится на глубине 19—20 м, в высоких широтах — на глубине 25 м. В тропических широтах годовые амплитуды температуры невелики и слой постоянной годовой амплитуды расположен на глубине всего 5—10 м.
Моменты наступления максимальных и минимальных в течение года температур запаздывают в среднем на 20—30 суток на каждый метр. Таким образом, если наименьшая температура на поверхности наблюдалась в январе, на глубине 2 м она наступает в начале марта.
Наблюдения показывают, что температура в слое постоянной годовой температуры близка к средней годовой температуре воздуха над поверхностью. Слой почвогрунта, расположенный над слоем постоянной годовой температуры и испытывающий ее годовые колебания, называется деятельным слоем.
Вода, обладая большей теплоемкостью и меньшей теплопроводностью, чем суша, медленнее нагревается и медленнее отдает тепло. Солнечные лучи, падающие на водную поверхность, частью поглощаются самым верхним слоем воды, а частью проникают на значительную глубину, нагревая непосредственно некоторый ее слой. Подвижность воды делает возможным. перенос тепла. Вследствие турбулентного перемешивания воды передача тепла вглубь происходит в 1000—10 000 раз быстрее, чем путем теплопроводности. При остывании поверхностных слоев возникает тепловая конвекция, сопровождающаяся перемешиванием воды.
Суточные колебания температуры на поверхности Океана в высоких широтах всего 0,1°, в умеренных — 0,4°, в тропических — 0,5°. Глубина проникновения этих колебаний — 15—20 м. Годовые амплитуды температуры на поверхности Океана — от 2° в тропических широтах до 0,8° — в умеренных. Годовые колебания температуры проникают на глубину 200—300 м.
Моменты максимумов температуры водоемов запаздывают по сравнению с сушей. Максимум наступает около 15—16 часов, минимум — через 2—3 часа после восхода Солнца. Годовой максимум температуры на поверхности Океана в северном полушарии приходится на август, минимум — на февраль.