行星的热力结构取决于它们吸收的太阳短波辐射能量，内能的释放，以及极光能量。

Equilibrium Temperatrue, Effective Temperatrue, and Internal Heat

一个旋转行星的平衡能温度$T_{eq}$, 可以由Stefan-Boltzmann law计算得到：

这里，$S_i$是太阳短波辐射通量， $\alpha$是短波反照率，$\sigma$是Stefan-Boltzmann constant。

这是通过热辐射和短波辐射的平衡关系得到的：

这里要注意长波热辐射是全球面积分的，但是短波接收只有向阳面的星球截面积分。

如果这个行星不自己发射能量，那么，它的有效能温度$T_{eff}$等于它的平衡温度； 但是如果这个行星拥有一个内部的热源（Internal Heat），其自身会释放一部分能量。那么它的有效温度就会大于平衡温度。

行星总热能是所有波长热辐射的积分：

Source of Internal Heat

类地行星实际上不具有内部热源，相对于他们接受的太阳能量而言。但这个情况对于巨行星来说，却是相反的。 对于木星和土星来说，旅行者号红外辐射器（Voyager/IRIS）可以估算出这些行星的热辐射通量。但是对于天王星和海王星来说，估算较为困难，因为很难确定的准确的shortwave albedo。

对于木星和土星而言，它们的有效温度远远超过了他们的平衡温度，也就意味着他们有一个巨大的内部热源，并且辐射的热量是吸收的太阳热量的两倍；对于海王星来说，这个比例是2-3，天王星没有发现内部热源。

Major planets Energy Radiation Budget

木星的引力收缩(Gravitational contraction or Helmholtz contraction)是产生其内部热量的根源。 土星的质量只有木星的三分之一，因此没有足够的原始热量来解释其内部能量。 多余的这部分热量大概是通过释放引力能量来提供，即液态氦从土星内部的金属氢中分离出来。 如果没有这种分离过程，土星在不到太阳系年龄一半的时间内就会衰减到其目前的亮度水平。 奇怪的是，海王星上几乎没有类似于木星和土星上的内部能量来源，但是仍然拥有一个巨大的内部热储备。 Triton and Neptune海王星之间的潮汐相互作用也无法解释海王星轨道上的内部能量。 更有趣的是，天王星虽然它的大小、质量和大气温度预计与海王星相似，却没有内热源。

大气的能量传递方式

在巨行星稀薄的热层（Thermosphere）中，能量以热传导的形式(因为opacity较小，辐射效率低)向下一直到能够发生辐射的高度（压力大于10微巴）。 然而，观测到的热层温度（至少在木星和土星上）需要除了太阳极紫外辐射（EUV）之外的额外能量输入。 对流层和平流层的大气温度结构在很大程度上受辐射平衡过程控制。在更深的对流层（约0.5~1 bar）中，这里光学厚度变大，温度梯度过大使大气层不再稳定，对流开始占主导地位。 在对流层更深处，随着各种volatiles开始凝结，干绝热温度递减率受到潜热释放的影响而变小。

在对流层中，He和H2的opactiy远大于CH4，主导的热辐射贡献，一直到0.5~1 bar。甲烷的较弱吸收带、dust和aerosol在对流层的能量交换中也同样具有重要作用。 尘埃（或气溶胶）的来源仍不明确，在木星的研究背景下有时被称为 Axel dust或 Danielson dust。 它可能是由氨的光化学反应中肼凝结形成的光化学烟雾，也可能是某种被困在逆温层附近的外星物质（例如来自陨石、行星环等）。

在平流层（p<0.1 bar）辐射传输仍然占主导地位。由于气体碰撞次数相对较多，局部热力学平衡（LTE）得以维持。

当大气的压力低于大约10 ubar时，由于热运动不再高效，局部热力学平衡（LTE）就不成立了。