土壤热通量密度绝对值同土壤导热率和温度垂直梯度绝对值成正比，方向与温度梯度方向一致。土壤热通量密度大小决定了土壤热力状况以及土壤温度分布规律和变化特征。

土壤热通量密度取决于导热率和土壤温度梯度。由于导热率和土温梯度都具有日变化和年变化，土壤热通量密度也随时间和季节不同而变化。日出后随地面增温不断增大，中午前后出现最大值，下午又随地面降温逐渐减小，其最小值出现在傍晚日落后和凌晨日出前。在中国年变化表现为春季土壤热通量密度不断增大，6月前后出现最大值，秋季逐渐减小，12月～次年1月出现最小值。不同地区的年变化规律有所不同。

土壤热通量密度随下垫面性质的不同而不同。同一地区同一气象背景下，因局地下垫面构造特征不同，土壤热通量密度大小及其日变化有很大差异。导热性好、反射率小、蒸发小的下垫面，土壤热通量密度就大。不同地区不同气象背景下，土壤热通量密度差异主要与该地湿润状况和地表净辐射的大小有关。随纬度增加，土壤热通量密度月总量减小，年变化幅度也减小，裸地年变化要大于植被覆盖地。

土壤热通量密度的测定有土壤热传导法、仪器测定法、经验公式法、土柱热含量法和拉依赫曼-采京法等方法。用于测量土壤热通量密度的传感器称为土壤热通量传感器，也称土壤热流传感器。用于测量土壤热通量的仪器称为土壤热通量计，也称土壤热流计。截至2020年，仪器测定是利用热流板等直接测量，测量精度和可信度较低，故还未广泛使用。较好的方法是土柱热含量法和拉依赫曼-采京法。土壤热通量测定方法主要是土壤热通量板直接测定法，随着热脉冲技术的发展，热脉冲技术被广泛应用于土壤热通量的测定。