由于从地球内部散发的热量远比太阳辐射能小得多，在地下一定深度内的地温梯度受地表温度的日变、年变（季节变）的影响。下面我们讨论这种影响随深度的变化情况。
设周期性变化的地表温度取如下形式：
T（0，t）＝T0sinωt
那么，解这种周期性温度变化影响深度的问题就变成以下定解问题：
固体地球物理学：地震学、地电学与地热学
应用分离变量法来求下列形式的解：
T(z,t)=Z(Z)H(t)
把它代入式（12-1）得
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两边用λZ（z）H（t）除，得
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这里的参数r2可以是任何实数、虚数或复数。解上面两个常微分方程，并把解简单地写为
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要获得一个满足地表温度周期性变化的边界条件的特定解，只要使r2＝iω/λ即可。
这样，
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考虑到当Z→∞时，T（z，t）应趋于零（即随着深度的增加，地表面温度变化的影响趋近于零），则应取a2＝0，所以，
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由于Z＝0时，T（0，t）＝T0sinωt，所以，上式中a1a3＝T0，并只取其虚部得
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有此式可看到：温度变化随深度增大而迅速按指数规律衰减，而且短周期的昼夜温度变化比周期较长的年变化要衰减得快。以周期24小时为例，岩石的热扩散率λ取为0.01cm2/s，往下1km温度的变化幅度就衰减成T0e-6030。实际上温度日变只波及1m深左右，年变化波及深到30m左右。
由式（12-2）知温度变化的传播速度为
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它在深度Z处的时迟为
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由式（12-3）可知，当周期24小时，λ取0.01cm2/s时，昼夜温度变化往地下传播的速度约为0.00121cm/s，是非常小的。若要这种温度变化影响到地下1km深的地方，则大约需要历时956天，达到地心则需要大约16700年。显然，对于周期长的年变化及其他更缓慢的变化，则传播速度就更小了。同样，由于热扩散的速度很小，所以最后一次冰期虽然早在11000年前已经结束，但是它的影响现在可能才波及到数千米深处。同理，地球内部的温度变化要传播到地表也是非常缓慢的。因此，原始地球温度对现在的地球温度仍有很大影响。
不过，地表面温度的日变、年变的影响随深度的增加很快衰减，大部分地区这种变化在100m以下几乎不显著。然而，长周期的地表温度变化和非周期性的变化（如由森林土地剥蚀引起的）影响则可达到较大的深度，故在这类地区进行热流密度测量时，对测量结果应作某些校正。
深海沉积物表层温度的波动是很小的，因而大部分地区可忽略其对热流密度的影响。然而，水深小于2000m时，仍有年变化和较长周期变化影响的可能，因而浅海热流密度测量的不确切性较大。