كمية مادية تمثل قوة الإشعاع الشمسي، تسمى كثافة الإشعاع الشمسي. الوحدة هي جول/سم2·مين، وهي طاقة الإشعاع الشمسي المسقطة عمودياً على منطقة الوحدة في وقت الوحدة. تعتمد شدة الإشعاع الشمسي في الغلاف الجوي العلوي على زاوية ارتفاع الشمس ، والمسافة بين الشمس والأرض ، ووقت أشعة الشمس. كلما كانت زاوية الارتفاع الشمسي أكبر، كلما كانت كثافة الإشعاع الشمسي أكبر. لأن نفس شعاع من الضوء لديه أصغر منطقة تشعيع عندما يتم توجيهها، ويتم الحصول على المزيد من الإشعاع الشمسي لكل منطقة وحدة. بل على العكس من ذلك، عندما يكون الحادث غير مباشر، تكون منطقة التشعيع أكبر، كما أن الإشعاع الشمسي لكل وحدة أقل.
وتختلف زاوية ارتفاع الشمس باختلاف الزمان والمكان. خلال النهار، زاوية ارتفاع الطاقة الشمسية هو أكبر من الظهر في الصباح والمساء. الصيف هو أكبر من فصل الشتاء، ولكن خطوط العرض المنخفضة أكبر من خطوط العرض العالية. المسافة بين الشمس والأرض تعني أنه عندما تدور الأرض حول الشمس ، فإن المسافة بين الشمس والأرض تتغير باستمرار بسبب المدار البيضاوي. كثافة الإشعاع الشمسي التي تم الحصول عليها على الأرض تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الشمس والأرض. عندما تقع الأرض في الحضيب، الإشعاع الشمسي أكبر من الحضيب. وفقا للبحوث، عندما يمر الأرض الحضيب في بداية كانون الثاني/يناير، الإشعاع الشمسي الذي تم الحصول عليه في منطقة وحدة من سطح الأرض هو 7٪ أكثر مما كانت عليه عندما مرت نهاية العالم في بداية تموز/يوليه. كثافة الإشعاع الشمسي يتناسب مع مدة أشعة الشمس. طول وقت أشعة الشمس يختلف مع خط العرض والموسم.
