Toplina je energija, a stupanj topline je temperatura. Ona ovisi o tome kolika je kinetička energija čestica koje tvore neko tijelo određene mase i tlaka. . Temperatura ne može prelaziti sa tijela na tijelo, nego prelazi toplina a temperature se izjednačavaju. Postoji više mjernih jedinica za mjerenje temperature: u Europi temperaturu mjerimo u stupnjevima Celzijusa (°C), u Americi su uvriježeni Fahrenheiti, SI jedinica je Kelvin (K), dok najniža teoretski moguća temperatura iznosi 0 K ili -273.15 °C.
Formule za pretvaranje iz jednog sustava u drugi su: K = °C + 273.15 °C = 5/9 • (°F - 32)
Temperatura je važan klimatski element, a kako baš u prizemnom sloju atmosfere postoje veće razlike temperature i u malim dimenzijama, mjerenje temperature mora se podvrgnuti određenim pravilima radi uspoređivanja u raznim postajama.
Termometar bilježi temperaturu zraka s kojim se nalazi u termičkoj ravnoteži. Zato termometar, prema međunarodnoj konvenciji, mora biti u posebno građenoj kučici izoliranoj od radijacijskih utjecaja okolice (u sjeni), ali kroz nju mora strujiti okolni zrak. Temperatura se mjeri na 1.25 do 2 m visine, tj. iznad prizemnog poremećenog sloja u kojemu često postoji vrlo velika razlika temperature i na malim visinskim razlikama.
Dnevni hod temperature zraka jest promjena temperature u tijeku dana. Temperatura je najniža nešto poslije izlaza Sunca a najviša nešto poslije njegova najvišeg položaja. Mjerenje dnevnih temperatura je važno jer se sve druge temperature izračunavaju pomoću njih. Srednja dnevna temperatura TD izračunava se pomoću izmjerene temperature u 7, 14 i 21 sat, a pokazalo se se da najbolje rezultate daje jednadžba:
TD = 1/4 (T7 + T14 + 2*T21)
Srednje dnevne temperature su elementarne veličine na temelju kojih se izračunajvaju srednje mjesečne i srednje godišnje temperature.
Opadanje temperature s visinom često može biti poremećeno ali je većinom, iznad određene razine, više ili manje pravilno. Promjena temperature na svakih 100 m visinske razlike naziva se vertikalni gradijent temperature. U planinskim krajevima temepratura u prosjeku opada za 0.56 ºC na 100 m. U vedrim i toplim danima stvaraju se jake uzlazne struje pa vertikalni gradijent iznosi i do 1 ºC na 100 m. Najveći gradijent temperature je u prizemnom sloju i postupno opada sa visinom. Temperaturna inverzija je pojava da temperatura povremeno ili trajnije, u tanjem ili debljem sloju, raste s visinom (topliji zrak nalazi se iznad hladnijeg). Za kartografski prikaz geografske raspodjele temperature služimo se izotermama, krivuljama koje na geografskoj karti spajaju mjesta s jednakom temperaturom. Temperatura se reducira na razinu mora da bi se eliminirao utjecaj različite nadmorske visine. Linija koja povezuje točke s najvišom godišnjom temperaturom zove se termički ekvator.
Izoterme se samo približno podudaraju sa paralelama. Porastom geografske širine temperatura doista opada ali ne ravnomjerno. To se objašnjava ponajprije rasporedom mora i kopna, zato što se kopno brže zagrijava ali i brže hladi, za razliku od oceana koji se sporije zagrijavaju ali i sporije hlade.
Razlika između srednje mjesečne temperature najtoplijeg mjeseca Tt i najhladnijeg mjeseca Th jest srednja godišnja amplituda temperature:
Ag = Tt - Th
Linije koje na geografskoj karti spajaju točke s istom srednjom godišnjom amplitudom temperature zovu se izoamplitude. One pokazuju koliko je neko mjesto pod termičkim utjecajem kopna odnosno mora. Godišnja amplituda temperature površinske vode mora manja je od amplitude temperature površine kopna.
Razlika između reducirane srednje temperature nekog mjesta i srednje temperature paralele na kojoj se to mjesto nalazi zove se anomalija temperature. Najčešće se analizira anomalija temperature u siječnju i srpnju. Ova veličina je mjera kontinentalnosti odnosno maritivnosti, pa je anomalija temperature veća na sjevernoj nego na južnoj polutci, a više je izražena zimi nego ljeti.
Prema količini topline koja ovisi o geografskoj širini, Zemlja je podijeljena na 5 temperaturnih zona (pojasa): dva polarna, dva umjerena i jedan tropski.
Uređaji za mjerenje temperature zraka
Standardni termometar (na alkohol ili živu)
Digitalni termometar, jednostavniji i precizniji za mjerenje temperature zraka, mogu memorirati najvišu i najnižu temperaturu