Mặt trời phát ra năng lượng trên một phổ bước sóng rộng. Phần năng lượng đến được khí quyển và bề mặt Trái đất được gọi là bức xạ mặt trời. Nó bao gồm tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng cận hồng ngoại.

Khoảng 30% bức xạ mặt trời chiếu tới được phản xạ trở lại không gian bởi mây, khí quyển và bề mặt. Phần còn lại được hấp thụ, làm ấm hành tinh và thúc đẩy sự tuần hoàn khí quyển và đại dương. Lượng bức xạ mặt trời ở đỉnh khí quyển thay đổi đôi chút tùy thuộc vào hoạt động của mặt trời và chu kỳ quỹ đạo của Trái đất.

Trên bề mặt, cường độ bức xạ mặt trời phụ thuộc vào vĩ độ, mùa, thời gian trong ngày, độ che phủ của mây và độ trong suốt của khí quyển. Các phép đo bức xạ mặt trời hỗ trợ nghiên cứu khí hậu, ứng dụng năng lượng mặt trời và quy hoạch nông nghiệp. Các thiết bị như máy đo bức xạ toàn phần (pyranometer) định lượng năng lượng chiếu tới.

Nếu không có bức xạ mặt trời, khí hậu Trái đất và hầu hết các quá trình năng lượng trên bề mặt sẽ ngừng hoạt động.