W letni, bezchmurny dzień w lesie o zwartych koronach drzew, w porównaniu z terenem poza lasem, występuje niższa temperatura powietrza, dlatego w letnie, gorące dni tak chętnie chronimy się przed upałem idąc na spacer do lasu. Jednak temperatura powietrza nie jest jednakowa w całym lesie. W koronach drzew temperatura jest znacznie wyższa niż w strefie runa leśnego; ta różnica temperatury powietrza może sięgać nawet 10ºC. Oznacza to, że latem w lesie w ciągu dnia występuje inwersja termiczna, czyli temperatura powietrza wzrasta wraz z wysokością. W nocy temperatura powietrza w lesie w profilu pionowym jest mało zróżnicowana (różnica temperatury między koronami drzew a strefą runa leśnego to około 1ºC), a cieplej jest przy powierzchni gruntu niż w koronach drzew, czyli występuje normalne uwarstwienie termiczne (temperatura spada wraz z wysokością).
Zmiany temperatury powietrza w profilu pionowym we wnętrzu lasu w letni, słoneczny dzień:
źródło danych: Molga, 1986
Jednak tak duże różnice temperatury powietrza w profilu pionowym wewnątrz lasu w dzień są charakterystyczne głównie dla lasów o zwartych koronach drzew. Taka struktura lasu powoduje, że zaledwie około 5% promieniowanie słonecznego dociera do powierzchni ziemi w lesie, a reszta jest pochłaniana przez korony drzew. Jeśli zaś drzewa w danym lesie nie tworzą zwartej strefy koron to większa część promieniowania słonecznego dociera do podłoża, powoduje jego ogrzanie, a następnie ogrzewa się powietrze w warstwie przygruntowej i dzięki temu różnice temperatury powietrza między strefą koron a strefą poszycia są mniejsze niż w lesie o zwartej strefie koron.
Porównując wnętrze lasu i obszar bezleśny możemy stwierdzić, że dla większości zbiorowisk leśnych amplitudy dobowe temperatury (patrz objaśnienie poniżej) w lesie na wysokości około 2-3 m nad gruntem zwykle są mniejsze niż poza lasem na tej samej wysokości nad poziomem gruntu, o około 3ºC. Oznacza to, że wnętrze lasu w dzień mniej się nagrzewa niż teren otwarty, a w nocy mniej wychładza. Mniejsze nagrzewanie w dzień wynika z dużego zacienienia wnętrza lasu, natomiast słabsze wychładzanie w nocy wynika z tego, że korony drzew po zachodzie słońca wypromieniowują promieniowanie podczerwone (czyli cieplne) we wszystkich kierunkach, w tym do wnętrza lasu, dzięki czemu jest tam cieplej niż poza lasem, na terenie otwartym. Zróżnicowanie termiczne lasu najbardziej zależy od rodzaju i struktury lasu, zwłaszcza od zwartości koron (a ta może się zmieniać wraz z porami roku z powodu zmian w ulistnieniu), mniej od typu pogody.
Amplituda temperatury powietrza to różnica między temperaturą maksymalną i minimalną, czyli różnica między najwyższą i najniższą temperaturą powietrza w czasie tzw. doby termicznej, liczonej od godz. 18 UTC do godz. 18 UTC następnego dnia (czas UTC to czas południka zerowego, kiedy u nas obowiązuje czas letni ten termin przypada na godz. 20, a kiedy czas zimowy - na godz. 19).
W przebiegu rocznym, średnie miesięczne temperatury wykazują największe różnice między obszarem bezleśnym i lasem w lecie (ok. 4ºC), a najmniejsze zimą (ok. 1ºC). W lecie do powierzchni ziemi dociera znacznie więcej energii słonecznej niż zimą, zatem więcej promieniowania słonecznego może być pochłonięte przez korony drzew czy podłoże, więcej może być wypromieniowane i dlatego różnice między lasem i obszarem bezleśnym są wyraźniejsze. Średnia roczna temperatura powietrza jest zwykle o 2ºC niższa w lesie niż poza lasem. Czy to dużo czy mało? Gdy mówimy o różnicach temperatury powietrza między dniem i nocą, czyli w krótkich przedziałach czasu, to często różnice te sięgają kilkunastu stopni i nie jest to nic niezwykłego. Natomiast średnia roczna temperatura powietrza jest zwykle obliczana na podstawie codziennych pomiarów z wielu lat i obrazuje jedną z cech klimatu danego miejsca, wynikającą m.in. z położenia w danej strefie klimatycznej czy w danym piętrze wysokościowym. Różnicę w średniej rocznej temperaturze powietrza między lasem i obszarem otwartym równą 2ºC można porównać do różnicy średniej rocznej temperatury w dwóch różnych regionach Polski. Przykładowo, dla polskiego „bieguna zimna”, czyli Suwałk jest to wartość 6,3ºC, a dla Poznania, położonego na zachodzie Polski, gdzie klimat jest kształtowany w większym stopniu przez oddziaływanie Atlantyku, wartość ta wynosi 8,5ºC (dane dla okresu 1971-2000).