外層空間的溫度取決於許多因素：與一顆恆星或其他宇宙活動的距離，是直接處於光還是影，還是受到太陽耀斑或太陽風的影響。地球附近空間溫度的變化主要是基於位置和時間：在地球的光面和陰影面，溫度有很大的不同，隨著行星繞軸自轉和繞太陽公轉，溫度每分鐘都在變化。
地球附近外層空間的平均溫度是283.32開爾文（10.17攝氏度）。在空曠的星際空間裡，溫度只有3開爾文，比絕對零度高不了多少。絕對零度是物質能達到的最低溫度。
接近地球的位置
地球周圍外層空間的平均溫度為283.32開爾文（10.17攝氏度）。這顯然與太空深處的絕對零度以上3開爾文相差甚遠。但這種相對溫和的平均氣溫掩蓋了極端的氣溫波動。剛過地球的上層大氣，氣體分子的數量急劇下降到接近於零，壓力也是如此。這意味著幾乎沒有物質來轉移能量——也沒有物質來緩衝來自太陽的直接輻射流。太陽輻射將地球附近的空間加熱到393.15開爾文（120攝氏度）或更高，而陰影中的物體則會驟降到低於173.5開爾文（-100攝氏度）的溫度。
外太空
外層空間的關鍵特徵是空性。太空中的物質濃縮成天體，這些天體之間的空間確實是空的——一個近乎真空的地方，單個原子可能相隔幾公裡。熱是能量從一個原子轉移到另一顆原子，而在外層空間條件下，由於涉及的距離遙遠，幾乎沒有能量被轉移。天體之間真空空間的平均溫度是3開爾文（- 270.15攝氏度）。絕對零度，即所有活動絕對停止的溫度，是零開爾文（-273.15攝氏度）。
輻射
輻射是物體或物質活動向外太空傳遞的能量。宇宙背景輻射——科學家認為是宇宙誕生時遺留下來的能量——計算值接近2.6開爾文(零下270.5攝氏度)。這就佔了空間溫度3開爾文的大部分。其餘的部分來自恆星不斷釋放的太陽能、太陽耀斑的間歇能量以及超新星等宇宙活動的間歇性爆炸。
距離，光和影
離恆星的距離決定了空間中特定點的平均溫度。一個特定的點是完全暴露在陽光下，還是部分或完全遮蔽，這決定了它在特定時間的溫度。由於這些物體和點沒有大氣，處於近真空狀態，距離和光照是所有物體和點的溫度的主要決定因素。
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