Balansas tarp šilumos, patenkančios į subjektą ir iš jos išeinančios, yra jos šilumos biudžetas. Šis terminas gali būti vartojamas daugelyje kontekstų, tačiau dažnai jis konkrečiai reiškia Žemę, kuri gauna šilumą iš saulės ir praranda šilumą įvairiais būdais, kad išlaikytų pusiausvyrą. Jei Žemė prarastų daugiau nei įgytų, ji atvėstų, o jei išlaikytų šilumą – sušiltų. Kai kurie tyrinėtojai domisi konkrečių Žemės sričių, pavyzdžiui, vandenynų, šilumos biudžetu, nes jis vaidina svarbų vaidmenį klimato sąlygomis.
Didžioji dalis Žemės šilumos gaunama iš insoliacijos, gaunamos saulės spinduliuotės. Dalis jų atsimuša prieš pasiekiant planetos paviršių, kur ją sugeria oras, vanduo ir dirvožemis. Metų eigoje įeinanti insoliacija gali skirtis priklausomai nuo regiono, nes Žemė juda erdvėje. Taip pat yra antrinių šilumos šaltinių, tokių kaip biologiniai ir cheminiai procesai Žemėje, kurie generuoja šilumą. Pavyzdžiui, radioaktyvus skilimas gamina šilumą.
Šiluma nelieka vietoje, kai ji patenka į Žemę; jei taip nutiktų, kai kuriose Žemės vietose būtų itin karšta, o kitose – gana šalta. Jis cirkuliuoja įvairiais mechanizmais. Pavyzdžiui, vandenynai skleidžia sukauptą šilumą, kuri sušildo virš jų esantį orą. Įšilusios oro masės pradeda judėti, atsinešdamos šilumą. Šių oro masių cirkuliacija gali sukurti įvairias oro sąlygas, kurios paskirsto šilumą ir leidžia jai lėtai sklisti atgal į erdvę.
Disbalansas tarp regionų laikui bėgant susilygina su šilumos cirkuliacija per atmosferą. Klimato mokslu besidomintys mokslininkai savo skaičiavimuose ir prognozėse naudoja šilumos biudžetą, kad sužinotų daugiau apie dabartinius oro modelius ir prognozuotų, kas gali atsirasti ateityje. Mokslininkai, sužinoję daugiau, kartais paneigia ankstesnes hipotezes arba atskleidžia naujos informacijos apie Žemės klimato kilmę. Žemės šilumos biudžetas ne visada buvo idealiai subalansuotas, o tai pasikeitė, kai pasikeitė sąlygos ir prisidėjo prie atmosferos formavimosi.
Yra daug įrankių, leidžiančių išmatuoti gaunamą šilumą, šilumos šaltinius Žemėje ir įvairias priemones, skirtas planetai prarasti šilumą, kad sąlygos būtų stabilios. Šilumos biudžeto tyrimai gali apimti palydovinius stebėjimus iš kosmoso, taip pat laboratorinius eksperimentus ir stebėjimus, kad sužinotumėte daugiau apie fizikinius, cheminius ir biologinius procesus, susijusius su šiluma. Tyrėjai taip pat gali naudoti kompiuterinį modeliavimą tokiai veiklai kaip nuspėti, kas gali nutikti mažėjant poliarinių ledo dangtelių plotui.