In seguito la radiazione solare incidente diminuisce nuovamente, ma il bilancio radiativo del terreno rimane per alcune ore ancora positivo. Ciò significa che la radiazione solare apporta al terreno più energia di quella rilasciata dal suolo, che continua così a riscaldarsi. Di conseguenza, anche la temperatura dell’aria in prossimità del terreno continua a salire fino al tardo pomeriggio, fino a quando il bilancio radiativo del terreno non raggiunge l'equilibrio. Verso il tramonto, il suolo rilascia sempre più energia di quanta energia riceve dal Sole, inizierà a raffreddarsi e anche la temperatura dell’aria inizia a scendere di nuovo.
In piena estate, quindi, la temperatura massima viene raggiunta solo circa quattro ore dopo il picco della radiazione solare.
Questo "ritardo" della temperatura rispetto alla posizione del Sole può essere osservato non solo durante il giorno, ma anche nel corso dell'anno. In Svizzera, come si può vedere nel grafico della temperatura media giornaliera durante l'anno, si osserva un ritardo di circa un mese tra il punto più alto del sole il 20 o 21 giugno e la fase più calda dell'anno a fine luglio/inizio agosto.
Il meccanismo di fondo (gli scambi energetici fra energia in “entrata” e in “uscita” dal terreno) che spiega questo sfasamento è sostanzialmente il medesimo che spiega lo sfasamento giornaliero. Nel caso dello sfasamento stagionale è però necessario considerare alcuni elementi in più. A seconda del luogo, questo ritardo stagionale della temperatura dipende dalla latitudine, dalla distribuzione delle superfici terrestri e acquatiche, dalle correnti oceaniche circostanti e dall'altitudine. Gli oceani, in particolare, reagiscono molto lentamente alle variazioni di temperatura. Per questo motivo, occorre attendere la tarda estate o addirittura l'autunno prima che l'Atlantico e il Mediterraneo raggiungano le temperature più elevate delle acque.