Differenza tra la radiazione che arriva dal Sole sul nostro pianeta (essendo le altre fonti – Luna, calore geotermico, calore prodotto dalle attività umane e così via – trascurabili) e quella riemessa dal sistema terrestre verso lo spazio. La maggior parte dell’energia radiante proveniente dal Sole viene assorbita nei tropici in quanto l’asse di rotazione della Terra è quasi perpendicolare al piano dell’orbita intorno al Sole. Di conseguenza le regioni polari ricevono in media meno energia dal Sole di quelle equatoriali e ciò genera uno sbilancio termico tra equatore e poli che è alla base della circolazione atmosferica generale. Insieme con la radiazione a piccola lunghezza d’onda che proviene dal Sole, la superficie terrestre e l’atmosfera che la circonda emettono radiazione a lunghezza d’onda maggiore, nota come radiazione termica infrarossa (che viene percepita come calore). La radiazione termica emessa è proporzionale alla quarta potenza del corpo che irraggia, cosicché all’aumentare della temperatura della superficie terrestre la quantità di calore emessa e dispersa nello spazio aumenta rapidamente. Se l’atmosfera non avesse le sue proprietà radiative, l’equilibrio tra radiazione incidente e radiazione riflessa, più radiazione assorbita e riemessa nell’infrarosso dalla superficie terrestre, porterebbe a una temperatura superficiale di ca. 18 °C. In realtà i gas presenti nell’atmosfera, e in particolare il vapor acqueo e l’anidride carbonica, assorbono buona parte della radiazione infrarossa emessa dalla superficie e ne riemetteno una frazione verso la superficie stessa. In questo modo una parte della radiazione infrarossa (cioè di calore) è effettivamente intrappolata nell’atmosfera (effetto serra). Un calcolo che tenga conto della presenza dell’atmosfera conduce a una temperatura superficiale di equilibrio di ca. 37 °C. Questo valore è largamente superiore al valore medio osservato (ca. 15 °C) perché non si è tenuto conto del ciclo idrologico, ossia del fatto che l’acqua che evapora dagli oceani e dalla superficie terrestre sottrae calore latente in superficie. Quando l’acqua condensa e precipita, parte di questo calore è perso dal bilancio radiativo terrestre verso lo spazio siderale. Tenendo conto di questo ulteriore fattore, il bilancio radiativo porta a un valore teorico di ca. 13 °C in superficie, molto vicino al valore effettivamente osservato.