Hauptartikel: Globalstrahlung

Je nach Ort und Zeit wird die Wahrnehmung der Sonnenstrahlung durch Klima und weitere Bedingungen beeinflusst. Sonnenschein herrscht wenn das Licht durch Wolken ungehindert die Erdoberfläche trifft, die Direktstrahlung. Licht, das über Reflexion an Wolken, Wasser- und Staubteilchen die Erdoberfläche erreicht, erzeugt die Diffusstrahlung. Diffusstrahlung und Direktstrahlung an einem Ort ergeben zusammen die Globalstrahlung. Diese weist erheblich größere Schwankungen als die Solarkonstante auf und ist nur für einen bestimmten Ort der Erdoberfläche zu einem Zeitpunkt messbar.

Die Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche ist geringer als die außerhalb der Erdatmosphäre, da die Erdatmosphäre die elektromagnetische Strahlung zu 20 bis 40 Prozent absorbiert. Außerdem wird ein Teil als Infrarotstrahlung zurück ins All reflektiert.

Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlung, das ist der Winkel zwischen den Strahlen und dem Horizont, bestimmt die Schichtdicke der Atmosphäre, die die Strahlung passieren muss. Die Luftmasse (air mass) gibt einen Wert für die Länge des Weges durch die Atmosphäre an.

Fällt die Licht- und Wärmestrahlung schräg ein, verteilt sie sich über eine größere Erdoberfläche. Dieser Effekt verläuft genähert mit dem Sinus des Höhenwinkels.

Der Einfluss der Jahreszeiten in den Tropen ist kaum merklich, da der Sonnenstand dort um Mittag immer steil ist. Der Unterschied zwischen Sommer und Winter wirkt zu den Polen hin immer stärker.

In Mitteleuropa steht die Mittagssonne sommers 60 bis 65° hoch und strahlt bei idealen Wetterbedingungen mit einer Bestrahlungsstärke von etwa 700 Watt/m². Im Winter sind es nur 13° bis 18° und selbst zu Mittag nur etwa 247 Watt/m². Im Vergleich dazu beträgt die Strahlung auf 3-4 km hohen Bergen etwa 1000 W/m².

Die Erwärmung der Erdoberfläche hängt von der Dauer des hellen Tages ab. Ende Juni beträgt die Dauer etwa 16 Stunden, im Dezember acht Stunden. Das Verhältnis der gesamten eingestrahlten Sonnenenergie beträgt zwischen diesen Monaten bei etwa 5:1 bis 10:1, wird aber durch Wärmespeicherung vor allem durch die Meeren gemildert (Seeklima).

Die Messung der Sonnenstrahlung erfolgt über Pyranometer, Pyrheliometer oder Sonnenscheinautographen. Letztere werden vor allem zur Bestimmung der Sonnenscheindauer benutzt. Die Solarkonstante wird hingegen über Radiometer gemessen.