Kuantitas fisik mewakili kekuatan radiasi matahari, yang disebut intensitas radiasi matahari. Unit ini Joule / cm2 · mnt, yang merupakan energi radiasi matahari yang diproyeksikan secara vertikal ke area unit dalam satuan waktu. Intensitas radiasi matahari di atmosfer bagian atas tergantung pada sudut ketinggian matahari, jarak antara matahari dan bumi, dan waktu sinar matahari. Semakin besar sudut ketinggian matahari, semakin besar intensitas radiasi matahari. Karena berkas cahaya yang sama memiliki area iradiasi terkecil ketika diarahkan, dan lebih banyak radiasi matahari yang diperoleh per satuan luas. Sebaliknya, ketika insiden tersebut terjadi, area iradiasi lebih besar dan radiasi matahari per unit area lebih sedikit.
Sudut ketinggian matahari bervariasi menurut waktu dan tempat. Siang hari, sudut ketinggian matahari siang lebih besar dari pagi dan sore hari; musim panas lebih besar dari musim dingin; lintang rendah lebih besar dari lintang tinggi. Jarak antara matahari dan bumi berarti bahwa ketika bumi berputar mengelilingi matahari, jarak antara matahari dan bumi terus berubah karena orbit elips. Intensitas radiasi matahari yang diperoleh di bumi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara matahari dan bumi. Ketika bumi terletak di perihelion, radiasi matahari lebih besar dari perihelion. Menurut penelitian, ketika bumi melewati perihelion pada awal Januari, radiasi matahari yang diperoleh per satuan luas permukaan bumi' adalah 7% lebih dari ketika melewati kiamat pada awal Juli. Intensitas radiasi matahari sebanding dengan durasi sinar matahari. Lamanya waktu sinar matahari bervariasi dengan garis lintang dan musim.
