土壤熱通量傳感器主要用于測量土壤的能量平衡和土壤層的熱導率，土壤熱通量是指單位時間內通過土壤剖面的熱量。它的值取決于上下土層之間的溫度梯度和土壤的導熱系數。土壤溫度是森林氣候的重要因素，與植物生長密切相關。不同坡度和坡向的林分，光照條件的不同，使土壤溫度和土壤熱通量發生相應的變化。
不同的植被類型和立地條件決定了土壤溫度的變化規律，可影響植物的蒸騰作用、根系的呼吸和吸收，以及各種無機鹽在土壤溶液中的溶解速率，從而影響樹木的生長。
研究不同覆蓋和耕作措施對土壤溫度和水分的影響，可以提高土地生產力。在全球氣候變化、環境過程模擬、元素地球化學循環、土壤理化性質演變等方面，需要獲得完整準確的土壤溫度時空分布數據。
地表吸收太陽輻射能量后，熱量通過分子傳導傳遞到深層，使下層升溫。相反，當土壤表面變冷，溫度下降到低于深層時，熱量從深層輸出。
土壤的熱狀態用溫度來表示，溫度不是土壤本身的物理性質。土壤熱性質是指影響土壤中熱流和溫度變化的土壤物理性質，主要包括熱導率、熱容量和熱擴散率，而土壤熱通量是地球表面能量平衡的重要組成部分之一。
土壤導熱系數和熱容量通常用于估算土壤熱通量。有研究表明，晴天土壤熱通量的變化幅度大于陰天，林外土壤熱通量的變化幅度大于林內;隨著氣溫的降低，土壤熱通量的交換由表層向下傳導轉變為下層向表層傳導，土壤熱通量值逐漸降低為負值，陰天尤為明顯。