从太阳辐射角度看，正午12点太阳位于天空正中央，此时太阳高度角达到最大值，地面接收的太阳辐射能量最强。但地球表面吸收的热量需要经过传导、对流等过程传递给大气，这个能量转化存在滞后效应。正午时分地面吸收的热量仍大于散失的热量，地面温度持续升高，直到午后2点左右，地面热量收支达到平衡，此时地面温度达到最高值。
大气温度的变化还受到云层和湿度的影响。晴朗天气下，地面升温迅速，热量向大气传递的效率更高，高温时段通常出现在午后2点至3点；阴雨天时，云层反射太阳辐射，地面升温缓慢，高温时刻可能推迟至下午3点以后。此外，不同季节的高温时段也存在差异，夏季陆地升温快，高温出现时间通常比冬季晚30分钟至1小时。
城市热岛效应也会改变局部地区的高温分布。在人口密集、建筑物密集的城区，午后高温时段可能延长至下午4点，这是因为混凝土建筑和沥青路面吸收大量太阳能，傍晚时分仍在持续释放热量。而郊区或农村地区，由于植被覆盖率高，热量吸收和释放较为均衡，高温时段相对集中在午后2点至3点。
这一现象本质上是地球表面热量积累与释放过程的动态平衡结果。当太阳辐射带来的热量持续大于地面和大气散失的热量时，温度就会不断升高；只有当两者达到平衡状态，气温才会停止上升并开始下降。这种延迟效应使得一天中最热的时刻总是出现在太阳辐射最强的正午之后。