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這個問題有點複雜，我們必須對它進行簡化。因為地球內部熱傳導很慢，所以我們只考慮地表的溫度。此外我們還認為地表的每個地方溫度都是相同的。
因為太陽離我們很遠，因此我們可以假設太陽光照到地球之後都是平行光。因此，太陽光照到地面後，它的照射面積就是半地球表面面積沿著光線方向的投影面積。這個投影面積是個圓，因此它的面積A=πR^2，R為地球的半徑。
地球軌道處於太陽輻射的強度S大約為1380瓦/平方米，換句話說，如果你到太空重該處，面對太陽取1平方米麵積，這1平方米在1個小時內將有1380焦耳的能量。於是地球攔截的太陽輻射為SπR^2。
不過到達的輻射會有一部分被地球反射回來，我們定義了一個量叫「反照率」，用英文字母a表示。反照率是行星的平均反射率，用百分數來表示，地球的反照率大約為33%。因此，地球吸收的輻射量為SπR^2(1-a)。
我們知道有溫度的物體就會產生輻射，地球也不例外，所以我們還要計算地球向外輻射的功率。假設地球是一個黑體，根據斯特潘-玻爾茲曼定律發射輻射，輻射公式為σT^4，其中σ為斯特潘-玻爾茲曼常數，數值上等於5.67乘以10的負8次方。由於公式表示的是單位面積的輻射量，因此我們想要計算總輻射量，還要乘以面積。而此時的面積已經不是投影面積了，而是地球的表面積4πR^2。因此地球的輻射量為(4πR^2)(σT^4)。
因此當地球吸收太陽輻射的量和地球發出輻射的量相等時，地球的溫度就達到平衡了，也就是SπR^2(1-a)=(4πR^2)(σT^4)。我們可以看到公式的兩邊可以同時約掉πR^2，也就是說行星的溫度和行星的半徑沒有關係。這是因為行星越大，從太陽吸收的輻射會越多，但同時輻射到太空種的量也會越多，兩者正好抵消。
我們把數據代入上述公式之後可以算得地球表面的溫度時252開爾文，也就是-21攝氏度。在這個溫度下不可能有液態水的存在，也就不太可能有生命的存在。在這個計算中，我們忽略了溫室效應的存在，因為地球發出的輻射的一部分其實是會被大氣給吸收掉的。這就可以減少地球的輻射量，從而使地球的溫度可以提升。
現在的人一提到溫室效應就覺得很地球要滅亡一樣。其實溫室效應是個很中性的詞，它對我們是有利的，過多的溫室效應才會有害。