地球与宇宙之间主要是通过辐射过程交换能量并且保持辐射平衡。对于地球大气，其能量的存在和交换形式就不仅是辐射能了。这里还有水分的相变（降水、蒸发）伴随的热能量交换，冷暖空气流动传递的能量以及空气与下垫面之间的热量交换。考虑到多年来大气的温度基本稳定，所以大气、地面、地气系统的各种能量应当保持在一定水平上的平衡状态，这就是地球的热量平衡。

计算大气、地面、地气系统的各种能量是在什么水平上保持平衡的是气象学的重要课题之一。不同纬度、不同下垫面上热量平衡各分量不同。例如，陆地最大蒸发量出现在赤道附近，而在副热带高压带纬度上，由于干燥，蒸发量急剧减少。与此相反，大洋的最大蒸发量出现在副热带高压纬度带上，而在赤道附近蒸发量显著减少。研究表明，热量从低纬地区输向高纬地区，南半球热量向北半球输送。