Maan lämpötila muuttuu hitaasti. Lähellä maan pintaa lämpötilavaihtelut ovat voimakkaampia kuin syvemmällä, ja pintamaa onkin kesällä lämpimämpi ja talvella kylmempi kuin syvemmät maakerrokset. Maan lämpötila seuraa muutoksia ilman lämpötilassa viiveellä, joka kasvaa maan syvyyden mukana. Maan pinnalla lämpötilan vaihtelu on suurempaa kuin esim. puoli metriä syvällä. Kesäisin maan lämpötila voi pinnalla olla 15-20°C samaan aikaan kun syvemmällä lämpötila on n. 10°C. Talvella syvällä maassa lämpötila on n. 1–2°C, sillä lumikerros eristää kylmiltä ilman lämpötiloilta.
Maaperän lämpötila säätelee voimakkaasti maaperän prosesseja mikrobien entsyymiaktiivisuuden kautta eli kontrolloi orgaanisten yhdisteiden hajoamisaktiivisuutta ja maaperään varastoituneen hiilen vapautumista. Lämpötilan noustessa mikrobien hajotusaktiivisuus kasvaa eli maaperästä vapautuu enemmän hiiltä hiilidioksidina ilmakehään. Maaperän lämpötilan nousu lisää myös ravinteiden mineralisaatiota ja kasvava mineraaliravinteiden vapautuminen puolestaan lisää puun versonkasvua eli hiilen sitoutumista kasvibiomassaan.
Lämpötilan vaikutus maaperän prosesseihin, kuten maahengitykseen ja ravinteiden kiertoon on ajankohtainen tutkimusaihe, koska ilmaston lämpeneminen ja ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousu vaikuttavat ekosysteemien sitomaan hiileen maaperässä hengityksen, kasvillisuuden biomassan kasvun ja kasvillisuuden muodostaman karikkeen (litter) kautta. Mikäli ekosysteemin hengitys (respiration, R) kasvaa ilmaston lämmetessä enemmän kuin hiilensidonta (gross primary production, GPP), voi ekosysteemin kasvu eli nettohiilensidonta (net primary production, NPP) pienentyä.
Lumi muodostaa talvella eristävän kerroksen pienentäen lämpötilan laskua maaperässä, mutta ilmastonmuutoksen seurauksena lumipeitteen ennustetaan vähenevän. Seurauksena on lämpötilan lasku maaperässä, joka voi aiheuttaa juuristovaurioita ja edelleen juuristokarikkeen muodostumista. Muodostuva juuristokarike lisää mikrobien hajotusaktiivisuutta ja hiilidioksidin vapautumista maaperästä.
Maan lämpötilaa mitataan samanlaisella systeemillä kuin ilman lämpötilaa mutta lämpötila vaihtelee erityisesti maassa paljon, joten yhdessä mittauspaikassa saavutettu tulos ei edusta koko aluetta vaan ainoastaan kyseistä pistettä. Maan lämpötila vaihtelee suuresti myös eri syvyyksillä, joten lämpötila-anturin sijoittaminen tarkasti haluttuun syvyyteen on tärkeää.
