Nhiệt độ trên Trái Đất phân bố không đồng đều theo vĩ độ, địa hình, lục địa và đại dương,…

- Theo vĩ độ

+ Càng về hai cực nhiệt độ trung bình năm càng giảm và biên độ nhiệt độ càng tăng.

+ Biểu hiện rõ rệt của quy luật phân bố nhiệt độ theo vĩ độ là sự hình thành các vòng đai nhiệt: vòng đai nóng, vòng đai ôn hoà, vòng đai lạnh và vòng đai băng giá vĩnh cửu.

- Theo lục địa và đại dương

+ Bề mặt đất nhận nhiệt nhanh hơn và toả nhiệt cũng nhanh hơn bề mặt nước. Vì vậy vào mùa hạ, lục địa có nhiệt độ cao hơn đại dương; còn vào mùa đông, lục địa có nhiệt độ thấp hơn đại dương.

+ Các địa điểm nằm sâu trong lục địa thường có biên độ nhiệt độ lớn hơn các địa điểm nằm gần đại dương.

+ Những địa điểm có nhiệt độ trung bình năm cao nhất và những địa điểm có nhiệt độ trung bình năm thấp nhất đều nằm trên lục địa.

+ Ngoài ra, nhiệt độ không khí còn thay đổi theo bờ đông và bờ tây lục địa, do ảnh hưởng của các dòng biển nóng, lạnh.

- Theo địa hình

+ Nhiệt độ không khí trong tầng đối lưu giảm dần theo chiều cao, trung bình giảm đi 0,6°C khi chiều cao tăng lên 100 m.

+ Ngoài ra, nhiệt độ không khí còn thay đổi theo độ dốc và hướng phơi của sườn núi do liên quan tới góc tới của tia sáng mặt trời tới bề mặt đất.