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La quantità di energia solare che raggiunge la Terra è intimamente legata alla distanza del pianeta dal Sole. Mentre la produzione totale del Sole ha oscillato nel corso della sua storia di 4,6 miliardi di anni, la geometria dell’orbita terrestre e la sua mutevole separazione dal Sole sono i fattori dominanti che controllano l’intensità della radiazione solare sulla nostra superficie. Solo una parte dell'energia in entrata viene assorbita; il resto viene riflesso nello spazio, influenzando il clima del pianeta.
La legge dell’inverso del quadrato, pietra angolare della fisica, afferma che l’intensità di una sorgente puntiforme diminuisce con il quadrato della distanza da quella sorgente. Applicato alla radiazione solare, ciò significa che se la distanza dal Sole fosse dimezzata, l’intensità ricevuta quadruplicherebbe. Mercurio, ad esempio, è circa tre volte più vicino al Sole rispetto alla Terra e di conseguenza riceve quasi nove volte il flusso solare che raggiunge il nostro pianeta.
La prima legge di Keplero descrive l’orbita della Terra come un’ellisse, non un cerchio perfetto. Di conseguenza, la separazione Terra-Sole oscilla tra un massimo (afelio) di circa 152 milioni di chilometri e un minimo (perielio) di circa 147 milioni di chilometri. Questa oscillazione del 3% della distanza si traduce in una variazione comparabile nell'energia solare che arriva sulla superficie terrestre nel corso di un anno.
Dalla fine del XX secolo, gli strumenti spaziali – in particolare il Total Irradiance Monitor a bordo del satellite Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) – hanno monitorato l’irradianza totale del Sole con una precisione senza precedenti. Queste misurazioni rivelano che la produzione solare fluttua su scale temporali da minuti a millenni e che l'attività magnetica solare (ad esempio, le macchie solari) è correlata a cambiamenti modesti ma misurabili nell'irradianza totale.
Albedo quantifica la frazione di luce solare in arrivo che una superficie riflette nello spazio. Si va da 0 (assorbimento perfetto) a 1 (riflessione perfetta). L’albedo medio della Terra è di circa 0,39, il che significa che circa il 39% dell’energia solare incidente viene riflessa, in gran parte da nuvole, ghiaccio e superfici terrestri luminose. Le variazioni nella copertura nuvolosa, nell'estensione del ghiaccio e nelle proprietà della superficie terrestre possono alterare questo valore, modulando così l'energia netta assorbita dal pianeta.
