入射到海面的向下长波辐射来自整层大气，称为大气逆辐射，它取决于大气层的温度、湿度以及云况；海面向上长波辐射包括海面发射的长波辐射和海面反射的部分向下长波辐射，主要取决于皮温，皮温越高，海面向上长波辐射越大。

海洋在吸收太阳短波辐射的同时，也向大气以红外形式辐射能量。世界大洋表层的平均温度为17.4℃，根据维恩定律，它向大气辐射最强的波长：

λ=2898/（273+17.4）≈10（微米）

因此称为长波辐射。海洋辐射的能量90%以上集中在4～80微米范围之内。

温度高于绝对零度的任何物体，都要向外放射辐射能。海水也向外辐射能量，由于海面海水的温度较低，一般不超过30℃，其辐射波长在3～80微米。海面辐射大部分被大气中的水汽吸收，大气吸收了这种辐射能后，使温度增高，与此同时，大气也向外界辐射长波辐射，其中的一部分进入太空，另一部分返回海面。辐射达到海面的大气逆辐射，几乎全部被海水吸收。因为海水表层对长波辐射的吸收能力很强，所以在表面几毫米的薄层内，便吸收了其中的绝大部分，可见，大气与海洋进行着长波辐射的热交换，其净辐射量是海面辐射与大气逆辐射之差，这个差值称为海面有效回辐射。一般海面长波辐射比大气逆辐射略大，其变化趋势与海表面红外温度相一致。

影响海面长波辐射的因子包括太阳高度角、云量、海面相对湿度与气温、海水皮温等。