A Terra recebe energia principalmente do Sol. Como o planeta é aproximadamente esférico, a área interceptadora da radiação solar é \(\pi R^{2}\), enquanto a área total da superfície é \(4\pi R^{2}\). Por isso, a irradiância solar média sobre toda a superfície pode ser aproximada por:
\( \frac{S}{4} \)
Se \(A\) representar o albedo planetário, a potência solar absorvida por unidade de área é: \( F_{\mathrm{abs}} = \frac{S}{4}(1-A) \). Para um planeta em equilíbrio radiativo tratado como corpo negro:
\( \frac{S}{4}(1-A) = \sigma T_{e}^{4} \)
onde \(T_{e}\) é a temperatura efetiva de emissão. A temperatura real da superfície é superior a \(T_{e}\) devido à atuação da atmosfera no transporte radiativo e convectivo.
Muitas propriedades físicas dependem da interação específica entre matéria e radiação, e não da abundância absoluta. O ozônio, por exemplo, existe em concentração diminuta e absorve radiação ultravioleta com eficácia. O aumento da concentração de um gás altera a profundidade óptica (\(\tau\)) descrita pela lei de Beer-Lambert:
\( I = I_{0}e^{-\tau} \)
onde \(\tau = \kappa \rho L\).
O vapor d'água é o gás de efeito estufa mais abundante, mas atua principalmente como um feedback. Sua concentração depende diretamente da temperatura (o ar quente suporta mais vapor). O CO2 possui permanência atmosférica longa, atuando como o agente principal que impulsiona a mudança no balanço radiativo.
Superfícies claras, como neve e gelo, possuem albedo elevado. Quando o aquecimento reduz a extensão de gelo, mais radiação solar é absorvida, gerando um feedback positivo:
\( \text{aquecimento} \rightarrow \text{redução do gelo} \rightarrow \text{menor albedo} \rightarrow \text{maior absorção solar} \rightarrow \text{mais aquecimento} \)