辐射平衡在某一段时间内物体辐射收入与支出的差值称为辐射平衡或辐射差额。当物体收入的辐射大于支出时，辐射平衡为正；反之，为负。在一天内，辐射平衡在白天为正值，夜间为负值。
由于太阳能在所有影响地球表面的能量中占有绝对主导的地位，因此影响地球表面热量平衡的主导因素是太阳辐射。忽略其他因素，关于全球的热量平衡问题可以从以下几个方面来考虑：
第一：如果把地球表面和大气（地气系统）看作一个整体的话，其热量收支为：
输入：太阳辐射100
支出：地面和大气反射34+大气射向宇宙空间部分60+地面辐射直接射向宇宙空间部分6=100
整体收支平衡。
第二：单独研究大气的收支状况：
收入：吸收太阳辐射19+地面潜热输送23+地面湍流输送10+吸收地面辐射114=166
支出：大气辐射向宇宙空间60+大气射向地球表面（大气逆辐射）106=166
大气系统热量收支平衡。
第三：单独研究地面系统的收支状况：
收入：吸收太阳辐射47+吸收大气逆辐射106=153
支出：潜热输送23+湍流输送10+地面辐射120=153
地面系统热量收支平衡。
注：地面辐射和大气辐射之所以都会大于100是因为它们之间的热量输送大部分是相互的，这种情况下整个地气系统真正损失的热量并不多。
美国航空航天局(NASA)戈达德空间研究所的著名气候变化科学家James Hansen等人最近在“科学”杂志上发表论文,介绍考虑了温室气体增加和气溶胶的气候模式模拟的结果。计算表明,地球现在每平方米从太阳吸收的能量比反射到太空的能量高出0.85±。这一能量不平衡被过去10年对海洋热容量增加的精确测量证实。文章认为,地球的气候系统有明显的热惯性特征,由于温室气体增加所致的气温升高会有滞后现象,这一点对政策决策者有重要意义,如果现在采取适当措施减少温室气体排放,则气温上升势头会得到遏止,否则热惯性意味着气温将会继续上升.